Ūdeņradis ir īpašs elements, kas Mendeļejeva periodiskajā sistēmā vienlaikus aizņem divas šūnas. Tas atrodas divās elementu grupās ar pretējām īpašībām, un šī iezīme padara to unikālu. Ūdeņradis ir vienkārša viela un daļa no daudzi sarežģīti savienojumi, tas ir organogēns un biogēns elements. Ir vērts iepazīties ar tā galvenajām iezīmēm un īpašībām.

Ūdeņradis Mendeļejeva periodiskajā sistēmā

Ūdeņraža galvenās iezīmes ir norādītas:

• elementa kārtas numurs - 1 (ir vienāds protonu un elektronu skaits);
• atomu masa ir 1,00795;
• ūdeņradim ir trīs izotopi, no kuriem katram ir īpašas īpašības;
• tikai viena elektrona satura dēļ ūdeņradim piemīt reducējošas un oksidējošas īpašības, un pēc elektrona izdalīšanās ūdeņradim ir brīva orbīta, kas piedalās sastāvā ķīmiskās saites ar donora-akceptora mehānismu;
• ūdeņradis ir viegls elements ar zemu blīvumu;
• ūdeņradis ir spēcīgs reducētājs, tas atver sārmu metālu grupu galvenās apakšgrupas pirmajā grupā;
• kad ūdeņradis reaģē ar metāliem un citiem spēcīgiem reducētājiem, tas pieņem to elektronus un kļūst par oksidētāju. Šādus savienojumus sauc par hidrīdiem. Saskaņā ar norādīto atribūtu ūdeņradis tradicionāli pieder pie halogēnu grupas (tabulā tas iekavās ir norādīts virs fluora), ar kuru tam ir līdzības.

Ūdeņradis kā vienkārša viela

Ūdeņradis ir gāze, kurai ir divas molekulas. Šo vielu 1766. gadā atklāja britu zinātnieks Henrijs Kavendišs. Viņš pierādīja, ka ūdeņradis ir gāze, kas kopā ar skābekli eksplodē. Pēc ūdeņraža izpētīšanas ķīmiķi atklāja, ka šī viela ir vieglākā no visām cilvēkam zināmajām.

Cits zinātnieks Lavoisier deva elementam nosaukumu "hidrogenium", kas latīņu valodā nozīmē "dzemdēt ūdeni". 1781. gadā Henrijs Kavendišs pierādīja, ka ūdens ir skābekļa un ūdeņraža kombinācija. Citiem vārdiem sakot, ūdens ir ūdeņraža un skābekļa reakcijas rezultāts. Ūdeņraža uzliesmojošās īpašības jau bija zināmas senajiem zinātniekiem: atbilstošos ierakstus atstāja Paracelzs, kurš dzīvoja 16. gadsimtā.

Molekulārais ūdeņradis ir dabā plaši sastopams gāzveida savienojums, kas dabā ir plaši izplatīts un sastāv no diviem atomiem un kad tiek uzcelts degošs stars. Ūdeņraža molekula var sadalīties atomos, kas pārvēršas par hēlija kodoliem, jo ​​tie spēj piedalīties kodolreakcijās. Šādi procesi regulāri notiek kosmosā un uz Saules.

Ūdeņradis un tā fizikālās īpašības

Ūdeņradim ir šādi fizikālie parametri:

• vārās temperatūrā -252,76 ° C;
• kūst temperatūrā -259,14 ° C; * norādītajā temperatūras diapazonā ūdeņradis ir bezkrāsains šķidrums bez smaržas;
• ūdeņradis nedaudz šķīst ūdenī;
• nodrošinot, teorētiski ūdeņradis var nonākt metāliskā stāvoklī īpašus nosacījumus(zema temperatūra un augsts spiediens);
• tīrs ūdeņradis ir sprādzienbīstama un uzliesmojoša viela;
• ūdeņradis spēj izkliedēties metālu biezumā, tāpēc labi izšķīst tajos;
• ūdeņradis ir 14,5 reizes vieglāks par gaisu;
• plkst augstspiediena jūs varat iegūt sniegam līdzīgus cietā ūdeņraža kristālus.

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Laboratorijas metodes:

• atšķaidītu skābju mijiedarbība ar aktīviem metāliem un vidējas aktivitātes metāliem;
• metāla hidrīdu hidrolīze;
• reakcija ar sārmu un sārmzemju metālu ūdeni.

Ūdeņraža savienojumi:

Ūdeņraža halogenīdi; nemetālu gaistošie ūdeņraža savienojumi; hidrīdi; hidroksīdi; ūdeņraža hidroksīds (ūdens); ūdeņraža peroksīds; organiskie savienojumi(olbaltumvielas, tauki, ogļūdeņraži, vitamīni, lipīdi, ēteriskās eļļas, hormoni). Noklikšķiniet, lai skatītu drošus eksperimentus, kuros tiek pētītas olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu īpašības.

Lai savāktu radīto ūdeņradi, turiet cauruli otrādi. Ūdeņradi nevar savākt tāpat oglekļa dioksīds, jo tas ir daudz vieglāks par gaisu. Ūdeņradis ātri iztvaiko, un, sajaucoties ar gaisu (vai lielā uzkrājumā), tas eksplodē. Tāpēc ir nepieciešams apgriezt cauruli. Tūlīt pēc uzpildīšanas caurule tiek aizvērta ar gumijas aizbāzni.

Lai pārbaudītu ūdeņraža tīrību, uz mēģenes kakla jāņem līdzi apgaismota sērkociņa. Ja rodas blāva un klusa kokvilna, gāze ir tīra, un gaisa piemaisījumi ir minimāli. Ja aplaudēšana ir skaļa un svilpojoša, gāze mēģenē ir netīra un satur lielu daļu svešu sastāvdaļu.

Uzmanību! Nemēģiniet paši šo pieredzi!

HYDROGEN, H (lat. Hydrogenium; a. Ūdeņradis; N. Wasserstoff; F. hidrogēns; un. Hidrogeno), ir Mendeļejeva periodiskās elementu sistēmas ķīmiskais elements, kas vienlaikus tiek apzīmēts ar I un VII grupu, atomu numurs 1, atomu masa 1, 0079. Dabīgajam ūdeņradim ir stabili izotopi - protiums (1 H), deitērijs (2 H vai D) un radioaktīvs - tritijs (3 H vai T). Dabiskiem savienojumiem vidējā attiecība D / H = (158 ± 2) .10 -6 Līdzsvara saturs 3 H uz Zemes ir ~ 5,10 27 atomi.

Ūdeņraža fizikālās īpašības

Ūdeņradi pirmo reizi 1766. gadā aprakstīja angļu zinātnieks G. Kavendišs. Normālos apstākļos ūdeņradis ir bezkrāsaina, bez smaržas un garšas gāze. Dabā brīvā stāvoklī tas ir H 2 molekulu veidā. H2 molekulas disociācijas enerģija ir 4,776 eV; ūdeņraža atoma jonizācijas potenciāls ir 13,595 eV. Ūdeņradis ir vieglākā viela no visiem zināmajiem, pie 0 ° C un 0,1 MPa 0,0899 kg / m 3; viršanas temperatūra - 252,6 ° С, kušanas temperatūra - 259,1 ° С; kritiskie parametri: t - 240 ° C, spiediens 1,28 MPa, blīvums 31,2 kg / m 3. Siltumvadošākais no visām gāzēm - 0,174 W / (mK) pie 0 ° C un 1 MPa, īpašs karstums 14.208.10 3 J (kg.K).

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Šķidrais ūdeņradis ir ļoti viegls (blīvums -253 ° C temperatūrā 70,8 kg / m 3) un šķidrs (-253 ° C temperatūrā tas ir vienāds ar 13,8 cP). Lielākajā daļā savienojumu ūdeņradis uzrāda oksidācijas pakāpi +1 (līdzīgi sārmu metāliem), retāk -1 -līdzīgi kā metāla hidrīdi. Normālos apstākļos molekulārais ūdeņradis ir neaktīvs; šķīdība ūdenī 20 ° C temperatūrā un 1 MPa 0,0182 ml / g; labi šķīst metālos - Ni, Pt, Pd uc Veido ūdeni ar skābekli ar siltuma izdalīšanos 143,3 MJ / kg (pie 25 ° C un 0,1 MPa); pie 550 ° C un augstākas reakcijas pavada sprādziens. Mijiedarbojoties ar fluoru un hloru, reakcijas notiek arī ar sprādzienu. Pamata ūdeņraža savienojumi: H 2 O, amonjaks NH 3, sērūdeņradis H 2 S, CH 4, metālu un halogēnu hidrīdi CaH 2, HBr, Hl, kā arī organiskie savienojumi C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH utt. .

Ūdeņradis dabā

Ūdeņradis ir plaši izplatīts elements dabā, tā saturs ir 1% (pēc svara). Galvenais ūdeņraža rezervuārs uz Zemes ir ūdens (11,19%pēc masas). Ūdeņradis ir viena no visu dabisko organisko savienojumu galvenajām sastāvdaļām. Brīvā stāvoklī tas atrodas vulkāniskajās un citās dabas gāzēs (0,0001%, pēc atomu skaita). Tas veido lielāko daļu Saules, zvaigžņu, starpzvaigžņu gāzes un gāzveida miglāju masas. Planētu atmosfērā tas atrodas H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH uc veidā. Tā ir daļa no Saules (protonu plūsmas) un kosmisko staru korpuskulārā starojuma. elektronu plūsma).

Ūdeņraža ražošana un izmantošana

Izejvielas ūdeņraža rūpnieciskai ražošanai ir rafinēšanas gāzes, gazifikācijas produkti uc Galvenās ūdeņraža ražošanas metodes: ogļūdeņražu reakcija ar tvaiku, nepabeigta ogļūdeņražu oksidēšana, oksīda pārvēršana, ūdens elektrolīze. Ūdeņradi izmanto amonjaka, spirtu, sintētiskā benzīna, sālsskābes ražošanai, naftas produktu apstrādei ar ūdeni, metālu griešanai ar ūdeņraža-skābekļa liesmu.

Ūdeņradis ir daudzsološa gāzveida degviela. Deitērijs un tritijs ir atraduši pielietojumu kodolenerģētikā.

Ūdeņradis H ir visizplatītākais elements Visumā (apmēram 75% no masas), uz Zemes - devītais visizplatītākais. Vissvarīgākais dabiskais ūdeņraža savienojums ir ūdens.
Ūdeņradis ieņem pirmo vietu periodiskajā tabulā (Z = 1). Tam ir visvienkāršākā atomu struktūra: atoma kodols - 1 protons, ko ieskauj elektronu mākonis, kas sastāv no 1 elektrona.
Dažos apstākļos ūdeņradim piemīt metāliskas īpašības (atdod elektronu), citos - nemetālisks (pieņem elektronu).
Dabā sastopami ūdeņraža izotopi: 1H - protiums (kodols sastāv no viena protona), 2H - deitērijs (D - kodols sastāv no viena protona un viena neitrona), 3H - tritijs (T - kodols sastāv no viena protona un diviem neitroniem ).

Vienkārša ūdeņraža viela

Ūdeņraža molekula sastāv no diviem atomiem, kas savienoti ar kovalentu nepolāru saiti.
Fizikālās īpašības.Ūdeņradis ir bezkrāsaina, bez smaržas, bez garšas, netoksiska gāze. Ūdeņraža molekula nav polāra. Tāpēc starpmolekulārās mijiedarbības spēki gāzveida ūdeņradī ir mazi. Tas izpaužas zemā viršanas temperatūrā (-252,6 ° C) un kušanas temperatūrā (-259,2 ° C).
Ūdeņradis ir vieglāks par gaisu, D (pa gaisu) = 0,069; nedaudz šķīst ūdenī (100 tilpumi H2O izšķīdina 2 tilpumus H2). Tāpēc ūdeņradi, ražojot laboratorijā, var savākt ar gaisa vai ūdens pārvietošanas metodēm.

Ūdeņraža ražošana

Laboratorijā:

1. Atšķaidītu skābju iedarbība uz metāliem:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Sārmainu un u-metāli ar ūdeni:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidrīdu hidrolīze: metāla hidrīdi ar ūdeni viegli sadalās, veidojot atbilstošu sārmu un ūdeņradi:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 = Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Sārmu iedarbība uz cinku, alumīniju vai silīciju:
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. Ūdens elektrolīze. Lai palielinātu ūdens elektrovadītspēju, tam pievieno elektrolītu, piemēram, NaOH, H 2 SO 4 vai Na 2 SO 4. Pie katoda veidojas 2 tilpumi ūdeņraža, pie anoda - 1 tilpums skābekļa.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Ūdeņraža rūpnieciskā ražošana

1. Metāna pārvēršana ar tvaiku, Ni 800 ° C (lētākais):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Kopā:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Ūdens tvaiki caur karsto koksu 1000 ° C temperatūrā:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Iegūtais oglekļa monoksīds (IV) tiek absorbēts ūdenī, tādējādi iegūstot 50% rūpnieciskā ūdeņraža.

3. Metāna uzsildīšana līdz 350 ° C dzelzs vai niķeļa katalizatora klātbūtnē:
CH 4 → C + 2H 2

4. Elektrolizējot KCl vai NaCl ūdens šķīdumus kā blakusproduktu:
2Н 2 О + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

• Savienojumos ūdeņradis vienmēr ir vienvērtīgs. To raksturo oksidācijas stāvoklis +1, bet metāla hidrīdos tas ir -1.
• Ūdeņraža molekula sastāv no diviem atomiem. Saites parādīšanās starp tām ir izskaidrojama ar vispārināta elektronu pāra H: H vai H 2 veidošanos
• Sakarā ar šo elektronu vispārinājumu, H2 molekula ir enerģētiski stabilāka nekā tās atsevišķi atomi. Lai molekulu sadalītu atomos 1 mol ūdeņraža, ir jāiztērē 436 kJ enerģija: H2 = 2H, ∆H ° = 436 kJ / mol
• Tas izskaidro molekulārā ūdeņraža salīdzinoši zemo aktivitāti parastā temperatūrā.
• Ar daudziem nemetāliem ūdeņradis veido gāzveida savienojumus, piemēram, RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Veido ūdeņraža halogenīdus ar halogēniem:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Tajā pašā laikā tas eksplodē ar fluoru, reaģē ar hloru un bromu tikai tad, kad tas ir apgaismots vai karsēts, un ar jodu tikai sildot.

2) ar skābekli:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ar siltuma izdalīšanos. Parastā temperatūrā reakcija notiek lēni, virs 550 ° C - ar sprādzienu. 2 tilpuma H 2 un 1 tilpuma O 2 maisījumu sauc par sprādzienbīstamu gāzi.

3) Sildot, tas enerģiski reaģē ar sēru (daudz grūtāk ar selēnu un telūru):
H 2 + S → H 2 S (sērūdeņradis),

4) Ar slāpekli, veidojot amonjaku tikai uz katalizatora un paaugstinātā temperatūrā un spiedienā:
ЗН 2 + N 2 → 2NН 3

5) Ar oglekli augstā temperatūrā:
2H 2 + C → CH 4 (metāns)

6) Veido hidrīdus ar sārmu un sārmzemju metāliem (ūdeņradis ir oksidētājs):
Н 2 + 2Li → 2LiH
metāla hidrīdos ūdeņraža jons ir negatīvi lādēts (oksidācijas pakāpe -1), tas ir, hidrīds Na + H - ir veidots tāpat kā hlorīds Na + Cl -

Ar sarežģītām vielām:

7) ar metāla oksīdiem (izmanto metālu reducēšanai):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3 Fe + 4H 2 O

8) ar oglekļa monoksīdu (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintēze - svarīga ir gāze (ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījums) praktiskā nozīme, mk, atkarībā no temperatūras, spiediena un katalizatora veidojas dažādi organiskie savienojumi, piemēram, HCHO, CH 3OH un citi.

9) Nepiesātinātie ogļūdeņraži reaģē ar ūdeņradi, pārvēršoties piesātinātos:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.

Periodiskajā tabulā ūdeņradis atrodas divās elementu grupās, kas pēc to īpašībām ir absolūti pretējas. Šī funkcija padarīt to pilnīgi unikālu. Ūdeņradis ir ne tikai elements vai viela, bet arī daudzu sarežģītu savienojumu sastāvdaļa, organogēns un biogēns elements. Tāpēc mēs sīkāk apsvērsim tā īpašības un īpašības.

Degošas gāzes izdalīšanās metālu un skābju mijiedarbības laikā tika novērota jau 16. gadsimtā, tas ir, ķīmijas kā zinātnes veidošanās laikā. Slavenais angļu zinātnieks Henrijs Kavendišs pētīja vielu kopš 1766. gada un deva tai nosaukumu "degošs gaiss". Dedzinot, šī gāze radīja ūdeni. Diemžēl zinātnieka pieķeršanās flogistona teorijai (hipotētiska "smalka matērija") neļāva viņam izdarīt pareizos secinājumus.

Franču ķīmiķis un dabaszinātnieks A. Lavoisier kopā ar inženieri J. Meunier un ar īpašu gāzes skaitītāju palīdzību 1783. gadā veica ūdens sintēzi un pēc tam tās analīzi, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi zinātnieki varēja izdarīt pareizus secinājumus. Viņi atklāja, ka "degošs gaiss" ir ne tikai ūdens daļa, bet arī to var iegūt.

1787. gadā Lavoisier izvirzīja pieņēmumu, ka pētāmā gāze ir vienkārša viela un attiecīgi pieder pie primāro ķīmiskie elementi... Viņš to nosauca par hidrogēnu (no grieķu vārdiem hydor - ūdens + gennao - es dzemdēju), tas ir, "dzemdēt ūdeni".

Krievu nosaukumu "ūdeņradis" 1824. gadā ierosināja ķīmiķis M. Solovjevs. Ūdens sastāva noteikšana iezīmēja "flogistona teorijas" beigas. 18. un 19. gadsimta mijā tika konstatēts, ka ūdeņraža atoms ir ļoti viegls (salīdzinājumā ar citu elementu atomiem), un tā masa tika uzskatīta par galveno vienību atomu masu salīdzināšanai, jo tā vērtība bija vienāda ar 1.

Fizikālās īpašības

Ūdeņradis ir vieglākais no visām zinātnei zināmajām vielām (tas ir 14,4 reizes vieglāks par gaisu), tā blīvums ir 0,0899 g / l (1 atm, 0 ° C). Šis materiāls kūst (sacietē) un vārās (sašķidrina) attiecīgi -259,1 ° C un -252,8 ° C temperatūrā (tikai hēlijam ir zemāka viršanas un kušanas temperatūra).

Ūdeņraža kritiskā temperatūra ir ārkārtīgi zema (-240 ° C). Šī iemesla dēļ tā sašķidrināšana ir diezgan sarežģīts un dārgs process. Vielas kritiskais spiediens ir 12,8 kgf / cm², un kritiskais blīvums ir 0,0312 g / cm³. Starp visām gāzēm ūdeņradim ir visaugstākā siltumvadītspēja: pie 1 atm un 0 ° C tas ir vienāds ar 0,174 W / (mxK).

Vielas īpatnējā siltuma jauda tādos pašos apstākļos ir 14,208 kJ / (kgxK) vai 3,394 cal / (rx ° C). Šis elements ir nedaudz šķīstošs ūdenī (apmēram 0,0182 ml / g pie 1 atm un 20 ° C), bet labi - lielākajā daļā metālu (Ni, Pt, Pa un citi), īpaši pallādijā (apmēram 850 tilpumi uz Pd tilpumu) .

Pēdējā īpašība ir saistīta ar tās spēju izkliedēties, savukārt difūziju caur oglekļa sakausējumu (piemēram, tēraudu) var pavadīt sakausējuma iznīcināšana ūdeņraža un oglekļa mijiedarbības dēļ (šo procesu sauc par dekarbonizāciju). Šķidrā stāvoklī viela ir ļoti viegla (blīvums - 0,0708 g / cm³ pie t ° = -253 ° C) un šķidra (viskozitāte - 13,8 cpoise tādos pašos apstākļos).

Daudzos savienojumos šim elementam piemīt valence +1 (oksidācijas stāvoklis), piemēram, nātrija un citu sārmu metālu gadījumā. To parasti uzskata par līdzīgu šiem metāliem. Attiecīgi viņš vada Mendeļejeva sistēmas pirmo grupu. Metāla hidrīdos ūdeņraža jonam ir negatīvs lādiņš (oksidācijas stāvoklis ir -1), tas ir, Na + H- struktūra ir līdzīga Na + Cl-hlorīdam. Saskaņā ar šo un dažiem citiem faktiem (tuvums fiziskās īpašības elements "H" un halogēni, spēja to aizstāt ar halogēniem organiskos savienojumos) Hidrogēns pieder pie Mendeļejeva sistēmas VII grupas.

Normālos apstākļos molekulārajam ūdeņradim ir zema aktivitāte, tieši apvienojoties tikai ar visaktīvākajiem nemetāliem (ar fluoru un hloru, ar pēdējo gaismā). Savukārt, karsējot, tas mijiedarbojas ar daudziem ķīmiskiem elementiem.

Atomu ūdeņradim ir paaugstināta ķīmiskā aktivitāte (salīdzinājumā ar molekulāro ūdeņradi). Ar skābekli tas veido ūdeni pēc formulas:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

izdalot 285,937 kJ / mol siltuma vai 68,3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). Normālos temperatūras apstākļos reakcija notiek diezgan lēni, un pie t °> = 550 ° C - nekontrolējami. Ūdeņraža + skābekļa maisījuma sprādzienbīstamības robežas ir 4–94% H₂, un ūdeņraža + gaisa maisījums ir 4–74% H₂ (divu tilpumu H2 un viena tilpuma O₂ maisījumu sauc par detonējošu gāzi).

Šo elementu izmanto, lai samazinātu lielāko daļu metālu, jo tas skābekli ņem no oksīdiem:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O utt.

Ar dažādiem halogēniem ūdeņradis veido ūdeņraža halogenīdus, piemēram:

H + Cl₂ = 2HCl.

Tomēr, reaģējot ar fluoru, ūdeņradis eksplodē (tas notiek arī tumsā, -252 ° C temperatūrā), reaģē ar bromu un hloru tikai sildot vai izgaismojot, un ar jodu tikai sildot. Mijiedarbojoties ar slāpekli, veidojas amonjaks, bet tikai uz katalizatora, ar augsts spiediens un temperatūra:

ЗН₂ + N₂ = 2NН₃.

Sildot, ūdeņradis aktīvi reaģē ar sēru:

Н₂ + S = H₂S (sērūdeņradis),

un daudz grūtāk - ar telūru vai selēnu. Ūdeņradis reaģē ar tīru oglekli bez katalizatora, bet augstā temperatūrā:

2H₂ + C (amorfs) = CH2 (metāns).

Šī viela tieši reaģē ar dažiem metāliem (sārmiem, sārmzemēm un citiem), veidojot hidrīdus, piemēram:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Ūdeņraža un oglekļa monoksīda (II) mijiedarbībai ir liela praktiska nozīme. Šajā gadījumā atkarībā no spiediena, temperatūras un katalizatora veidojas dažādi organiskie savienojumi: НСНО, СН₃ОН utt. Nepiesātinātie ogļūdeņraži reakcijas laikā pāriet piesātinātos, piemēram:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Ūdeņradim un tā savienojumiem ir izcila loma ķīmijā. Tas nosaka skābās īpašības ts. protiskās skābes, ir tendence veidoties ar dažādi elementiūdeņraža saite, kas būtiski ietekmē daudzu neorganisko un organisko savienojumu īpašības.

Ūdeņraža ražošana

Galvenie izejvielu veidi rūpnieciskā ražošana no šī elementa ir rafinēšanas gāzes, dabiski uzliesmojošas un koksa krāsns gāzes. To iegūst arī no ūdens elektrolīzes ceļā (kur ir pieejama elektrība). Viens no būtiskas metodes Materiāla ražošana no dabasgāzes tiek uzskatīta par ogļūdeņražu, galvenokārt metāna, katalītisko mijiedarbību ar ūdens tvaikiem (tā sauktā konversija). Piemēram:

СН₄ + H₂О = СО + ЗН₂.

Nepilnīga ogļūdeņražu oksidēšana ar skābekli:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Sintezētais oglekļa monoksīds (II) tiek pārveidots:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Ūdeņradis, ko ražo no dabasgāzes, ir lētākais.

Izmanto ūdens elektrolīzei D.C., kas tiek izlaists caur NaOH vai KOH šķīdumu (skābes netiek izmantotas, lai izvairītos no iekārtas korozijas). Laboratorijas apstākļos materiālu iegūst, elektrolizējot ūdeni vai reakcijas rezultātā starp sālsskābi un cinku. Tomēr biežāk viņi izmanto gatavu rūpnīcas materiālu cilindros.

Šis elements ir izolēts no rafinēšanas gāzēm un koksa krāsns gāzēm, noņemot visas pārējās gāzes maisījuma sastāvdaļas, jo dziļas dzesēšanas laikā tās vieglāk sašķidrinās.

Šo materiālu rūpnieciski sāka iegūt 18. gadsimta beigās. Tad to izmantoja pildīšanai baloni... Pašlaik ūdeņradi plaši izmanto rūpniecībā, galvenokārt ķīmijas rūpniecībā, amonjaka ražošanai.

Vielas masveida patērētāji ir metila un citu spirtu, sintētiskā benzīna un daudzu citu produktu ražotāji. Tos iegūst, sintezējot no oglekļa monoksīda (II) un ūdeņraža. Hidrogēnu izmanto smago un cieto hidrogenēšanai šķidrā degviela, tauki utt., HCl sintēzei, naftas produktu apstrādei ar ūdeni, kā arī metālu griešanai / metināšanai. Būtiski elementi kodolenerģijai ir tās izotopi - tritijs un deitērijs.

Ūdeņraža bioloģiskā loma

Aptuveni 10% no dzīvo organismu masas (vidēji) attiecas uz šo elementu. Tā ir ūdens sastāvdaļa un vissvarīgākās dabisko savienojumu grupas, ieskaitot olbaltumvielas, nukleīnskābes, lipīdus, ogļhidrātus. Kam tas paredzēts?

Šim materiālam ir izšķiroša nozīme: olbaltumvielu telpiskās struktūras uzturēšanā (ceturtdaļās), komplementaritātes principa īstenošanā. nukleīnskābes(ti, ģenētiskās informācijas ieviešanā un uzglabāšanā), kopumā "atpazīšanā" molekulārā līmenī.

Ūdeņraža jons H + piedalās svarīgās dinamiskās reakcijās / procesos organismā. Ieskaitot: bioloģiskajā oksidēšanā, kas nodrošina dzīvās šūnas ar enerģiju, biosintēzes reakcijās, fotosintēzē augos, baktēriju fotosintēzē un slāpekļa fiksācijā, skābju un bāzes līdzsvara un homeostāzes uzturēšanā, membrānu transportēšanas procesos. Kopā ar oglekli un skābekli tas veido dzīvības parādību funkcionālo un strukturālo pamatu.

Ūdeņradis (izsekošanas papīrs no latīņu: latīņu Hydrogenium - hydro = "ūdens", gen = "rada"; hidrogenijs - "ģenerējošs ūdens"; apzīmēts ar simbolu H) ir elementu periodiskās tabulas pirmais elements. Plaši izplatīts dabā. Visizplatītākā ūdeņraža izotopa 1 H katjons (un kodols) ir protons. 1 H kodola īpašības ļauj plaši izmantot KMR spektroskopiju organisko vielu analīzē.

Ir trīs ūdeņraža izotopi savi vārdi: 1 H - protiums (H), 2 H - deitērijs (D) un 3 H - tritijs (radioaktīvs) (T).

Vienkārša viela ūdeņradis - H 2 - gaiša bezkrāsaina gāze. Tas ir viegli uzliesmojošs un sprādzienbīstams, ja to sajauc ar gaisu vai skābekli. Nav toksisks. Izšķīdināsim etanolā un vairākos metālos: dzelzs, niķelis, pallādijs, platīns.

Vēsture

Degošas gāzes izdalīšanās skābju un metālu mijiedarbības laikā tika novērota XVI un XVII gsķīmijas kā zinātnes veidošanās rītausmā. Arī Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs norādīja tieši uz tā atdalīšanu, bet jau noteikti saprotot, ka tas nav flogistons. Angļu fiziķis un ķīmiķis Henrijs Kavendišs izpētīja šo gāzi 1766. gadā un nosauca to par "degošu gaisu". Dedzinot, "uzliesmojošs gaiss" radīja ūdeni, bet Kavendiša pieķeršanās flogistona teorijai neļāva izdarīt pareizus secinājumus. Franču ķīmiķis Antuāns Lavozjē kopā ar inženieri Dž. Meinjē, izmantojot īpašus gāzes skaitītājus, 1783. gadā sintezēja ūdeni un pēc tam to analizēja, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi viņš konstatēja, ka "degošs gaiss" ir daļa no ūdens un to var iegūt no tā.

nosaukuma izcelsme

Lavozjērs deva ūdeņradim nosaukumu hidrogēns (no sengrieķu valodas ὕδωρ - ūdens un γεννάω - dzemdēt) - "dzemdēt ūdeni". Krievu nosaukumu "ūdeņradis" 1824. gadā ierosināja ķīmiķis MF Solovjevs - pēc analoģijas ar MV Lomonosova "skābekli".

Izplatība

Visumā
Ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 92% no visiem atomiem (8% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu daļa kopā ir mazāka par 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenais komponents zvaigznes un starpzvaigžņu gāze. Zvaigžņu temperatūras apstākļos (piemēram, Saules virsmas temperatūra ir ~ 6000 ° C) ūdeņradis pastāv plazmas veidā; starpzvaigžņu telpā šis elements pastāv atsevišķu molekulu, atomu un jonu veidā un var veidoties molekulārie mākoņi, kas ievērojami atšķiras pēc izmēra, blīvuma un temperatūras.

Zemes garoza un dzīvie organismi
Ūdeņraža masas daļa zemes garozā ir 1% - tas ir desmitais visvairāk sastopamais elements. Tomēr tās lomu dabā nosaka nevis masa, bet gan atomu skaits, kuru īpatsvars starp citiem elementiem ir 17% (otrā vieta aiz skābekļa, kura atomu īpatsvars ir ~ 52%). Tāpēc ūdeņraža nozīme uz Zemes notiekošajos ķīmiskajos procesos ir gandrīz tikpat liela kā skābeklis. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, praktiski viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; atmosfērā ir tikai ļoti neliels daudzums ūdeņraža vienkāršas vielas veidā (0,00005% no tilpuma).
Ūdeņradis ir daļa no gandrīz visām organiskajām vielām un atrodas visās dzīvajās šūnās. Dzīvās šūnās ūdeņradis veido gandrīz 50% no atomu skaita.

Saņemšana

Rūpnieciskās metodes vienkāršu vielu iegūšanai ir atkarīgas no formas, kādā dabā atrodams atbilstošais elements, tas ir, kādas var būt izejvielas tā ražošanai. Tātad skābekli, kas pieejams brīvā stāvoklī, iegūst ar fizisku metodi - atdalot no šķidrā gaisa. Gandrīz viss ūdeņradis ir savienojumu veidā, tāpēc, lai to iegūtu, viņi izmanto ķīmiskās metodes... Jo īpaši var izmantot sadalīšanās reakcijas. Viena no ūdeņraža ražošanas metodēm ir ūdens sadalīšanās reakcija ar elektrisko strāvu.
Pamata rūpnieciskā veidāūdeņraža ražošana - metāna reakcija ar ūdeni, kas ir daļa no dabasgāzes. To veic augstā temperatūrā:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Viena no laboratorijas metodēm ūdeņraža ražošanai, ko dažkārt izmanto rūpniecībā, ir ūdens sadalīšanās ar elektrisko strāvu. Parasti laboratorijā ūdeņradi ražo cinka mijiedarbībā ar sālsskābi.