Vesinik on spetsiaalne element, mis hõivab Mendelejevi perioodilises süsteemis korraga kaks rakku. See paikneb kahes vastandlike omadustega elementide rühmas ja see omadus muudab selle ainulaadseks. Vesinik on lihtne aine ja lahutamatu osa paljud kompleksühendid, see on organogeenne ja biogeenne element. Tasub üksikasjalikult tutvuda selle peamiste omaduste ja omadustega.

Vesinik Mendelejevi perioodilises süsteemis

Vesiniku peamised omadused on näidatud:

• elemendi seerianumber on 1 (prootoneid ja elektrone on sama palju);
• aatommass on 1,00795;
• vesinikul on kolm isotoopi, millest igaühel on erilised omadused;
• ainult ühe elektroni sisalduse tõttu on vesinikul võimeline avaldama redutseerivaid ja oksüdeerivaid omadusi ning pärast elektroni loovutamist on vesinikul vaba orbitaal, mis osaleb koostises keemilised sidemed vastavalt doonor-aktseptor mehhanismile;
• vesinik on väikese tihedusega kerge element;
• vesinik on tugev redutseerija, see avab põhialarühma esimeses rühmas leelismetallide rühma;
• kui vesinik reageerib metallide ja muude tugevate redutseerivate ainetega, võtab see vastu nende elektroni ja muutub oksüdeerivaks aineks. Selliseid ühendeid nimetatakse hüdriidideks. Näidatud tunnuse järgi kuulub vesinik tinglikult halogeenide rühma (tabelis on see toodud sulgudes fluori kohal), millega tal on sarnasusi.

Vesinik kui lihtne aine

Vesinik on gaas, mille molekul koosneb kahest. Selle aine avastas 1766. aastal Briti teadlane Henry Cavendish. Ta tõestas, et vesinik on gaas, mis hapnikuga suhtlemisel plahvatab. Pärast vesiniku uurimist leidsid keemikud, et see aine on kõige kergem inimesele teadaolevatest ainetest.

Teine teadlane Lavoisier andis elemendile nime "hydrogenium", mis ladina keeles tähendab "vee sünnitamist". 1781. aastal tõestas Henry Cavendish, et vesi on hapniku ja vesiniku kombinatsioon. Teisisõnu on vesi vesiniku ja hapniku reaktsiooni produkt. Vesiniku põlemisomadusi teadsid isegi antiikteadlased: vastavad ülestähendused jättis 16. sajandil elanud Paracelsus.

Molekulaarne vesinik on looduslikult esinev looduses levinud gaasiline ühend, mis koosneb kahest aatomist ja põleva killu tõstmisel. Vesiniku molekul võib laguneda aatomiteks, mis muutuvad heeliumi tuumadeks, kuna nad on võimelised osalema tuumareaktsioonides. Sellised protsessid toimuvad regulaarselt kosmoses ja Päikesel.

Vesinik ja selle füüsikalised omadused

Vesinikul on järgmised füüsikalised parameetrid:

• keeb temperatuuril -252,76 °C;
• sulab -259,14 °C juures; *näidustatud temperatuuripiirides on vesinik lõhnatu värvitu vedelik;
• vesinik on vees vähe lahustuv;
• vesinik võib teoreetiliselt minna metalliliseks olekuks, kui see on olemas eritingimused(madalad temperatuurid ja kõrge rõhk);
• puhas vesinik on plahvatusohtlik ja põlev aine;
• vesinik on võimeline difundeeruma läbi metallide paksuse, seetõttu lahustub see neis hästi;
• vesinik on õhust 14,5 korda kergem;
• juures kõrgsurve võib saada tahke vesiniku lumetaolisi kristalle.

Vesiniku keemilised omadused

Laboratoorsed meetodid:

• lahjendatud hapete interaktsioon aktiivsete metallide ja keskmise aktiivsusega metallidega;
• metallihüdriidide hüdrolüüs;
• reaktsioon leelis- ja leelismuldmetallide veega.

Vesinikuühendid:

Vesinikhalogeniidid; mittemetallide lenduvad vesinikuühendid; hüdriidid; hüdroksiidid; vesinikhüdroksiid (vesi); vesinikperoksiidi; orgaanilised ühendid(valgud, rasvad, süsivesikud, vitamiinid, lipiidid, eeterlikud õlid, hormoonid). Klõpsake, et näha ohutuid katseid valkude, rasvade ja süsivesikute omaduste uurimisel.

Saadud vesiniku kogumiseks peate katseklaasi hoidma tagurpidi. Vesinikku ei saa koristada süsinikdioksiid sest see on õhust palju kergem. Vesinik aurustub kiiresti ja õhuga segunedes (või suures koguses) plahvatab. Seetõttu on vaja toru ümber pöörata. Vahetult pärast täitmist suletakse toru kummikorgiga.

Vesiniku puhtuse kontrollimiseks tuleb katseklaasi kaela tuua süüdatud tikk. Kui toimub kurt ja vaikne hüppamine, on gaas puhas ja õhu lisandid minimaalsed. Kui pop on vali ja vilistab, on katseklaasis gaas määrdunud, see sisaldab suures osas võõrkomponente.

Tähelepanu! Ärge proovige neid katseid ise korrata!

VESINIK, H (lad. hydrogenium; a. vesinik; n. Wasserstoff; f. vesinik; ja. hüdrogeno), on Mendelejevi elementide perioodilise süsteemi keemiline element, mis on samaaegselt omistatud rühmadele I ja VII, aatomnumber 1, aatommass 1, 0079. Looduslikul vesinikul on stabiilsed isotoobid - protium (1 H), deuteerium (2 H või D) ja radioaktiivne - triitium (3 H või T). Looduslike ühendite puhul on keskmine suhe D/Н = (158±2).10 -6 Tasakaalusisaldus 3 Н Maal on ~5.10 27 aatomit.

Vesiniku füüsikalised omadused

Esimest korda kirjeldas vesinikku 1766. aastal inglise teadlane G. Cavendish. Normaaltingimustes on vesinik värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas. Looduses on see vabas olekus H 2 molekulide kujul. H 2 molekuli dissotsiatsioonienergia on 4,776 eV; vesinikuaatomi ionisatsioonipotentsiaal on 13,595 eV. Vesinik on kõige kergem aine kõigist teadaolevatest, temperatuuril 0 ° C ja 0,1 MPa 0,0899 kg / m 3; keemistemperatuur - 252,6 ° C, sulamistemperatuur - 259,1 ° C; kriitilised parameetrid: t - 240 ° C, rõhk 1,28 MPa, tihedus 31,2 kg / m 3. Kõigist gaasidest kõige soojusjuhtivusega - 0,174 W / (m.K) temperatuuril 0 ° C ja 1 MPa, erisoojus 14 208,10 3 J (kg.K).

Vesiniku keemilised omadused

Vedel vesinik on väga kerge (tihedus temperatuuril -253 °C 70,8 kg / m 3) ja vedel (temperatuuril -253 °C on see 13,8 cP). Enamikus ühendites on vesiniku oksüdatsiooniaste +1 (sarnane leelismetallidega), harvem -1 (sarnane metallhüdriididega). Normaalsetes tingimustes on molekulaarne vesinik inaktiivne; lahustuvus vees temperatuuril 20°C ja 1 MPa 0,0182 ml/g; lahustub hästi metallides - Ni, Pt, Pd jne. Moodustab hapnikuga vett, mille soojuseraldus on 143,3 MJ / kg (temperatuuril 25 ° C ja 0,1 MPa); temperatuuril 550°C ja kõrgemal kaasneb reaktsiooniga plahvatus. Fluori ja klooriga suheldes kulgevad reaktsioonid samuti plahvatuslikult. Peamised vesinikuühendid: H 2 O, ammoniaak NH 3, vesiniksulfiid H 2 S, CH 4, metalli- ja halogeenhüdriidid CaH 2, HBr, Hl, samuti orgaanilised ühendid C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH jne. .

Vesinik looduses

Vesinik on looduses laialt levinud element, selle sisaldus on 1% (massi järgi). Peamine vesiniku reservuaar Maal on vesi (11,19% massist). Vesinik on kõigi looduslike orgaaniliste ühendite üks peamisi komponente. Vabas olekus esineb seda vulkaanilistes ja muudes maagaasides, in (0,0001%, aatomite arvu järgi). See moodustab suurema osa Päikese, tähtede, tähtedevahelise gaasi ja gaasiudukogude massist. See esineb planeetide atmosfääris H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O , CH, NHOH jne kujul. See on osa Päikese korpuskulaarsest kiirgusest (prootonivood) ja kosmilistest kiirtest (elektronid). voolud).

Vesiniku saamine ja kasutamine

Vesiniku tööstusliku tootmise tooraineks on rafineeritud gaasid, gaasistamisproduktid jne. Peamised vesiniku tootmise meetodid on süsivesinike reaktsioon veeauruga, süsivesinike mittetäielik oksüdeerimine, oksiidide muundamine, vee elektrolüüs. Vesinikku kasutatakse ammoniaagi, alkoholide, sünteetilise bensiini, vesinikkloriidhappe tootmiseks, naftasaaduste hüdrotöötluseks, metallide lõikamiseks vesinik-hapniku leegiga.

Vesinik on paljulubav gaaskütus. Deuteerium ja triitium on leidnud rakendust tuumaenergeetikas.

Vesinik H on kõige levinum element Universumis (umbes 75 massiprotsenti), Maal on see üheksas element. Kõige olulisem looduslik vesinikuühend on vesi.
Vesinik on perioodilisuse tabelis esimesel kohal (Z = 1). Sellel on kõige lihtsam aatomi ehitus: aatomi tuum on 1 prooton, mida ümbritseb 1 elektronist koosnev elektronpilv.
Mõnel juhul on vesinikul metallilised omadused (annetab elektroni), teistes - mittemetallilised (aktsepteerib elektroni).
Looduses leidub vesiniku isotoope: 1H - prootium (tuum koosneb ühest prootonist), 2H - deuteerium (D - tuum koosneb ühest prootonist ja ühest neutronist), 3H - triitium (T - tuum koosneb ühest prootonist ja kahest neutronid).

Lihtne aine vesinik

Vesiniku molekul koosneb kahest aatomist, mis on omavahel seotud mittepolaarse kovalentse sidemega.
füüsikalised omadused. Vesinik on värvitu, mittetoksiline, lõhnatu ja maitsetu gaas. Vesiniku molekul ei ole polaarne. Seetõttu on molekulidevahelise interaktsiooni jõud gaasilises vesinikus väikesed. See väljendub madalates keemistemperatuurides (-252,6 0С) ja sulamistemperatuurides (-259,2 0С).
Vesinik on õhust kergem, D (õhus) = 0,069; vees vähe lahustuv (2 mahuosa H2 lahustub 100 mahus H2O). Seetõttu saab laboris toodetud vesinikku koguda õhu või vee väljatõrjumise meetodil.

Vesiniku saamine

Laboris:

1. Lahjendatud hapete mõju metallidele:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Leeliseliste ja sh-z metallid veega:
Ca + 2H 2O → Ca (OH) 2 + H2

3. Hüdrolüüs: metallhüdriidid lagunevad kergesti vee toimel, moodustades vastava leelise ja vesiniku:
NaH + H2O → NaOH + H2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Leeliste toime tsingile, alumiiniumile või ränile:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H 2

5. Vee elektrolüüs. Vee elektrijuhtivuse suurendamiseks lisatakse sellele elektrolüüti, näiteks NaOH, H 2 SO 4 või Na 2 SO 4. Katoodil moodustub 2 mahuosa vesinikku, anoodil - 1 mahuosa hapnikku.
2H2O → 2H2+O2

Vesiniku tööstuslik tootmine

1. Metaani muundamine auruga, Ni 800 °C (odavaim):
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Kokku:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Veeaur läbi kuuma koksi 1000 o C juures:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Saadud süsinikmonooksiid (IV) neelab vees, nii saadakse 50% tööstuslikust vesinikust.

3. Kuumutades metaani raud- või nikkelkatalüsaatori juuresolekul temperatuurini 350 °C:
CH4 → C + 2H 2

4. KCl või NaCl kui kõrvalsaaduse vesilahuste elektrolüüs:
2H2O + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH

Vesiniku keemilised omadused

• Ühendites on vesinik alati ühevalentne. Selle oksüdatsiooniaste on +1, kuid metallhüdriidides on see -1.
• Vesiniku molekul koosneb kahest aatomist. Sideme tekkimine nende vahel on seletatav üldistatud elektronpaari H: H või H 2 moodustumisega.
• Tänu sellele elektronide üldistusele on H 2 molekul energeetiliselt stabiilsem kui selle üksikud aatomid. Molekuli purustamiseks aatomiteks 1 moolis vesinikus on vaja kulutada energiat 436 kJ: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
• See seletab molekulaarse vesiniku suhteliselt madalat aktiivsust tavatemperatuuril.
• Paljude mittemetallide puhul moodustab vesinik gaasilisi ühendeid nagu RN 4, RN 3, RN 2, RN.

1) Moodustab halogeenidega vesinikhalogeniide:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Samal ajal plahvatab see fluoriga, reageerib kloori ja broomiga ainult valgustamisel või kuumutamisel ning joodiga ainult kuumutamisel.

2) hapnikuga:
2H2 + O2 → 2H2O
soojuse vabastamisega. Tavalistel temperatuuridel kulgeb reaktsioon aeglaselt, üle 550 ° C - plahvatusega. Plahvatusohtlikuks gaasiks nimetatakse segu, mis koosneb 2 mahuosast H 2 ja 1 mahuosast O 2 .

3) Kuumutamisel reageerib see jõuliselt väävliga (palju raskem seleeni ja telluuriga):
H 2 + S → H 2 S (vesiniksulfiid),

4) Lämmastikuga koos ammoniaagi moodustumisega ainult katalüsaatoril ja kõrgendatud temperatuuridel ja rõhul:
ZN2 + N2 → 2NH3

5) süsinikuga kõrgel temperatuuril:
2H2 + C → CH4 (metaan)

6) Moodustab leelis- ja leelismuldmetallidega hüdriide (vesinik on oksüdeerija):
H2 + 2Li → 2LiH
metallihüdriidides on vesinikuioon negatiivselt laetud (oksüdatsiooniaste -1), see tähendab, et hüdriid Na + H - on ehitatud nagu kloriid Na + Cl -

Komplekssete ainetega:

7) Metalloksiididega (kasutatakse metallide taastamiseks):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

8) süsinikmonooksiidiga (II):
CO + 2H2 → CH3OH
Süntees - gaasil (vesiniku ja süsinikmonooksiidi segu) on oluline praktiline väärtus, võib-olla sõltuvalt temperatuurist, rõhust ja katalüsaatorist tekivad erinevad orgaanilised ühendid, näiteks HCHO, CH 3 OH jt.

9) Küllastumata süsivesinikud reageerivad vesinikuga, muutudes küllastunud:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Perioodilises süsteemis paikneb vesinik kahes elementide rühmas, mis on oma omadustelt absoluutselt vastandlikud. See funktsioon muuta see täiesti ainulaadseks. Vesinik ei ole ainult element või aine, vaid ka paljude kompleksühendite komponent, organogeenne ja biogeenne element. Seetõttu kaalume selle omadusi ja omadusi üksikasjalikumalt.

Põlevgaasi eraldumist metallide ja hapete koosmõjul täheldati juba 16. sajandil ehk siis keemia kui teaduse kujunemise ajal. Kuulus inglise teadlane Henry Cavendish uuris ainet alates 1766. aastast ja andis sellele nimetuse "põlev õhk". Põlemisel tekkis sellest gaasist vett. Kahjuks takistas teadlase flogistoni (hüpoteetilise "hüperpeenaine") teooria järgimine õigete järelduste tegemist.

Prantsuse keemik ja loodusteadlane A. Lavoisier viis 1783. aastal koos insener J. Meunier'ga ja spetsiaalsete gaasimeetrite abil läbi vee sünteesi ja seejärel selle analüüsi, lagundades veeauru punakuuma rauaga. Seega suutsid teadlased teha õigeid järeldusi. Nad leidsid, et "põlevõhk" pole mitte ainult osa veest, vaid seda saab ka sellest saada.

Aastal 1787 väitis Lavoisier, et uuritav gaas on lihtne aine ja on seega üks peamisi keemilised elemendid. Ta nimetas seda vesinikuks (kreeka sõnadest hydor - vesi + gennao - ma sünnitan), see tähendab "vee sünnitamiseks".

Venekeelse nimetuse "vesinik" pakkus 1824. aastal välja keemik M. Solovjov. Vee koostise kindlaksmääramine tähistas "flogistoniteooria" lõppu. 18. ja 19. sajandi vahetusel leiti, et vesinikuaatom on väga kerge (võrreldes teiste elementide aatomitega) ja selle mass võeti aatomimasside võrdlemisel põhiühikuks, saades väärtuseks 1.

Füüsikalised omadused

Vesinik on teadusele teadaolevatest ainetest kõige kergem (see on õhust 14,4 korda kergem), selle tihedus on 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). See materjal sulab (tahkestub) ja keeb (vedeldub) vastavalt temperatuuril -259,1 ° C ja -252,8 ° C (ainult heeliumil on madalam keemis- ja sulamistemperatuur t °).

Vesiniku kriitiline temperatuur on äärmiselt madal (-240 °C). Seetõttu on selle vedeldamine üsna keeruline ja kulukas protsess. Aine kriitiline rõhk on 12,8 kgf / cm² ja kriitiline tihedus 0,0312 g / cm³. Kõigist gaasidest on vesinikul kõrgeim soojusjuhtivus: 1 atm ja 0 ° C juures on see 0,174 W / (mxK).

Aine erisoojusmaht samadel tingimustel on 14,208 kJ / (kgxK) või 3,394 cal / (gh ° C). See element lahustub vees vähesel määral (umbes 0,0182 ml / g 1 atm ja 20 ° C juures), kuid hästi - enamikus metallides (Ni, Pt, Pa jt), eriti pallaadiumis (umbes 850 mahuosa Pd mahu kohta). .

Viimane omadus on seotud selle hajutamisvõimega, samas kui difusiooniga läbi süsinikusulami (näiteks terase) võib kaasneda sulami hävimine vesiniku ja süsiniku vastasmõju tõttu (seda protsessi nimetatakse dekarboniseerimiseks). Vedelas olekus on aine väga kerge (tihedus - 0,0708 g / cm³ temperatuuril t ° \u003d -253 ° C) ja vedel (viskoossus - 13,8 kraadi samadel tingimustel).

Paljudes ühendites on sellel elemendil +1 valents (oksüdatsiooniaste), mis sarnaneb naatriumi ja teiste leelismetallidega. Tavaliselt peetakse seda nende metallide analoogiks. Sellest lähtuvalt juhib ta Mendelejevi süsteemi I rühma. Metallhüdriidides on vesinikuioonil negatiivne laeng (oksüdatsiooniaste on -1), see tähendab, et Na + H- struktuur sarnaneb Na + Cl-kloriidiga. Vastavalt sellele ja mõnele muule faktile (lähedus füüsikalised omadused element "H" ja halogeenid, võime asendada see halogeenidega orgaanilistes ühendites) Vesinik on klassifitseeritud Mendelejevi süsteemi VII rühma.

Normaalsetes tingimustes on molekulaarne vesinik madala aktiivsusega, ühendades otseselt ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluori ja klooriga, viimasega valguses). Kuumutamisel interakteerub see omakorda paljude keemiliste elementidega.

Aatomi vesinikul on suurem keemiline aktiivsus (võrreldes molekulaarse vesinikuga). Hapnikuga moodustab see vett vastavalt valemile:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

vabastades 285,937 kJ/mol soojust või 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). Normaalsetes temperatuuritingimustes kulgeb reaktsioon üsna aeglaselt ja temperatuuril t ° >= 550 ° С on see kontrollimatu. Vesiniku + hapniku segu plahvatuspiirid on 4–94 mahuprotsenti H₂ ja vesiniku ja õhu segude plahvatuspiirid 4–74 % H₂ (segu, mis koosneb kahest mahust H2 ja ühest mahust O2, nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks).

Seda elementi kasutatakse enamiku metallide redutseerimiseks, kuna see võtab oksiididest hapnikku:

Fe3O4 + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H2O jne.

Erinevate halogeenide korral moodustab vesinik vesinikhalogeniide, näiteks:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Kuid fluoriga reageerides plahvatab vesinik (see juhtub ka pimedas, temperatuuril -252 ° C), reageerib broomi ja klooriga ainult kuumutamisel või valgustamisel ning joodiga - ainult kuumutamisel. Lämmastikuga suhtlemisel tekib ammoniaak, kuid ainult katalüsaatoril kõrgendatud rõhud ja temperatuur:

ZN2 + N2 = 2NH3.

Kuumutamisel reageerib vesinik aktiivselt väävliga:

H₂ + S = H2S (vesiniksulfiid),

ja palju raskem - telluuri või seleeniga. Vesinik reageerib puhta süsinikuga ilma katalüsaatorita, kuid kõrgetel temperatuuridel:

2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan).

See aine reageerib otseselt mõne metalliga (leelis, leelismuldmuld ja teised), moodustades hüdriide, näiteks:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Vähese praktilise tähtsusega on vesiniku ja süsinikmonooksiidi (II) vastasmõju. Sel juhul tekivad olenevalt rõhust, temperatuurist ja katalüsaatorist erinevad orgaanilised ühendid: HCHO, CH₃OH jne. Küllastumata süsivesinikud muutuvad reaktsiooni käigus küllastunud süsivesinikeks, näiteks:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Vesinik ja selle ühendid mängivad keemias erakordset rolli. See määrab happelised omadused nn. protoonhapped, kipub moodustuma koos erinevaid elemente vesinikside, millel on oluline mõju paljude anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite omadustele.

Vesiniku saamine

Peamised toorainetüübid tööstuslik tootmine selle elemendi moodustavad nafta rafineerimisgaasid, looduslikud põlevad ja koksiahjugaasid. Seda saadakse ka veest elektrolüüsi teel (sobiva elektriga kohtades). Üks neist olulised meetodid Maagaasist materjali tootmist peetakse süsivesinike, peamiselt metaani katalüütiliseks interaktsiooniks veeauruga (nn konversioon). Näiteks:

CH4 + H2O = CO + ZH2.

Süsivesinike mittetäielik oksüdatsioon hapnikuga:

CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2.

Sünteesitud süsinikmonooksiid (II) muundub:

CO + H2O = CO2 + H2.

Maagaasist toodetud vesinik on odavaim.

Kasutatakse vee elektrolüüsiks D.C., mis lastakse läbi NaOH või KOH lahuse (seadmete korrosiooni vältimiseks happeid ei kasutata). Laboritingimustes saadakse materjal vee elektrolüüsil või vesinikkloriidhappe ja tsingi vahelise reaktsiooni tulemusena. Kuid sagedamini kasutatakse silindrites valmis tehasematerjali.

Rafineerimistehase gaasidest ja koksiahju gaasist eraldatakse see element, eemaldades kõik muud gaasisegu komponendid, kuna need vedelduvad sügaval jahutamisel kergemini.

Seda materjali hakati tööstuslikult hankima 18. sajandi lõpus. Siis kasutati seda täitmiseks õhupallid. Praegu kasutatakse vesinikku laialdaselt tööstuses, peamiselt keemiatööstuses, ammoniaagi tootmiseks.

Aine massitarbijad on metüül- ja muude alkoholide, sünteetilise bensiini ja paljude muude toodete tootjad. Neid saadakse süsinikmonooksiidi (II) ja vesiniku sünteesil. Vesinikku kasutatakse raskete ja kõvade hüdrogeenimiseks vedelkütus, rasvad jne, HCl sünteesiks, naftasaaduste hüdrotöötluseks, samuti metallide lõikamiseks/keevitamiseks. Olulised elemendid tuumaenergia jaoks on selle isotoobid - triitium ja deuteerium.

Vesiniku bioloogiline roll

Umbes 10% elusorganismide massist (keskmiselt) langeb sellele elemendile. See on osa veest ja kõige olulisematest looduslike ühendite rühmadest, sealhulgas valgud, nukleiinhapped, lipiidid, süsivesikud. Mida see teenib?

Sellel materjalil on otsustav roll: valkude ruumilise struktuuri säilitamisel (kvaternaarne), komplementaarsuse põhimõtte rakendamisel. nukleiinhapped(st. geneetilise informatsiooni rakendamisel ja säilitamisel), üldiselt molekulaarsel tasemel "äratundmisel".

Vesinikuioon H+ osaleb olulistes dünaamilistes reaktsioonides/protsessides kehas. Sealhulgas: bioloogilises oksüdatsioonis, mis varustab elusrakke energiaga, biosünteesireaktsioonides, fotosünteesis taimedes, bakteriaalses fotosünteesis ja lämmastiku sidumises, happe-aluse tasakaalu ja homöostaasi säilitamises, membraani transpordiprotsessides. Koos süsiniku ja hapnikuga moodustab see elunähtuste funktsionaalse ja struktuurse aluse.

Vesinik (jälgpaber ladina keelest: lat. Hydrogenium - hydro = "vesi", gen = "genereerib"; hydrogenium - "genereerib vett"; tähistatakse sümboliga H) - elementide perioodilise süsteemi esimene element. Looduses laialt levinud. Kõige tavalisema vesiniku 1 H isotoobi katioon (ja tuum) on prooton. 1H tuuma omadused võimaldavad NMR-spektroskoopiat laialdaselt kasutada orgaaniliste ainete analüüsimisel.

Vesiniku kolm isotoopi on enda nimed: 1H - protium (H), 2H - deuteerium (D) ja 3H - triitium (radioaktiivne) (T).

Lihtaine vesinik - H 2 - on hele värvitu gaas. Segus õhu või hapnikuga on see põlev ja plahvatusohtlik. Mittetoksiline. Lahustame etanoolis ja mitmetes metallides: raud, nikkel, pallaadium, plaatina.

Lugu

Põlevgaasi eraldumist hapete ja metallide koosmõjul täheldati 16. ja XVII sajandil keemia kui teaduse kujunemise koidikul. Ka Mihhail Vassiljevitš Lomonosov osutas otseselt selle isolatsioonile, kuid mõistab juba kindlalt, et see pole flogiston. Inglise füüsik ja keemik Henry Cavendish uuris seda gaasi 1766. aastal ja nimetas seda "põlevaks õhuks". Põlemisel tekitas "põlev õhk" vett, kuid Cavendishi järgimine flogistoni teooriast ei võimaldanud tal teha õigeid järeldusi. Prantsuse keemik Antoine Lavoisier koos insener J. Meunieriga viis 1783. aastal spetsiaalsete gaasimõõturite abil läbi vee sünteesi ja seejärel selle analüüsi, lagundades veeauru punakuuma rauaga. Nii tegi ta kindlaks, et "põlevõhk" on osa veest ja seda saab sealt kätte.

nime päritolu

Lavoisier andis vesinikule nime hüdrogène (teise kreeka keelest ὕδωρ - vesi ja γεννάω - ma sünnitan) - "vee sünnitamine". Venekeelse nimetuse "vesinik" pakkus välja keemik M. F. Solovjov 1824. aastal – analoogia põhjal M. V. Lomonosovi "hapnikuga".

Levimus

Universumis
Vesinik on universumis kõige levinum element. See moodustab umbes 92% kõigist aatomitest (8% on heeliumi aatomid, kõigi teiste elementide osakaal kokku on alla 0,1%). Seega on vesinik peamine komponent tähed ja tähtedevaheline gaas. Tähtede temperatuuri tingimustes (näiteks Päikese pinnatemperatuur on ~ 6000 °C) eksisteerib vesinik plasma kujul, tähtedevahelises ruumis eksisteerib see element üksikute molekulide, aatomite ja ioonide kujul ning võib moodustavad molekulaarpilvi, mis erinevad oluliselt suuruse, tiheduse ja temperatuuri poolest.

Maakoor ja elusorganismid
Vesiniku massiosa maakoores on 1% - see on kümnes kõige levinum element. Tema rolli looduses ei määra aga mitte mass, vaid aatomite arv, mille osatähtsus teiste elementide hulgas on 17% (hapniku järel teisel kohal, mille aatomite osakaal on ~ 52%). Seetõttu on vesiniku tähtsus Maal toimuvates keemilistes protsessides peaaegu sama suur kui hapniku oma. Erinevalt hapnikust, mis eksisteerib Maal nii seotud kui vabas olekus, on praktiliselt kogu vesinik Maal ühendite kujul; Atmosfääris leidub vaid väga väike kogus vesinikku lihtaine kujul (0,00005 mahuprotsenti).
Vesinik on peaaegu kõigi orgaaniliste ainete koostisosa ja seda leidub kõigis elusrakkudes. Elusrakkudes moodustab vesinik aatomite arvu järgi peaaegu 50%.

Kviitung

Tööstuslikud meetodid lihtsate ainete saamiseks sõltuvad sellest, millisel kujul vastav element looduses leidub, st milline võib olla selle tootmise tooraine. Niisiis saadakse hapnik, mis on saadaval vabas olekus, füüsilisel viisil - vedelast õhust eraldamise teel. Vesinik seevastu on peaaegu kõik ühendite kujul, mistõttu selle saamiseks keemilised meetodid. Eelkõige võib kasutada lagunemisreaktsioone. Üks vesiniku tootmise viise on vee lagunemise reaktsioon elektrivoolu toimel.
Põhiline tööstuslikul viisil vesiniku tootmine - reaktsioon metaani veega, mis on osa maagaasist. Seda tehakse kõrgel temperatuuril:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Üks vesiniku tootmise laborimeetodeid, mida mõnikord kasutatakse ka tööstuses, on vee lagundamine elektrivoolu toimel. Vesinikku toodetakse tavaliselt laboris tsingi reageerimisel vesinikkloriidhappega.