Ūdeņradis ir īpašs elements, kas Mendeļejeva periodiskajā tabulā vienlaikus aizņem divas šūnas. Tas atrodas divās elementu grupās, kurām ir pretējas īpašības, un šī funkcija padara to unikālu. Ūdeņradis ir vienkārša viela un neatņemama sastāvdaļa daudzi sarežģīti savienojumi, tas ir organogēns un biogēns elements. Ir vērts detalizēti iepazīties ar tā galvenajām iezīmēm un īpašībām.

Ūdeņradis Mendeļejeva periodiskajā tabulā

Galvenās ūdeņraža īpašības norādītas:

• elementa kārtas numurs ir 1 (ir vienāds protonu un elektronu skaits);
• atomu masa ir 1,00795;
• ūdeņradim ir trīs izotopi, no kuriem katram ir īpašas īpašības;
• Pateicoties tikai viena elektrona saturam, ūdeņradim ir reducējošas un oksidējošas īpašības, un pēc elektrona ziedošanas ūdeņradim ir brīva orbitāle, 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 pirmajā grupā uz galveno apakšgrupu;
• ūdeņradim reaģējot ar metāliem un citiem spēcīgiem reducētājiem, tas pieņem to elektronus un kļūst par oksidētāju. Šādus savienojumus sauc par hidrīdiem. Saskaņā ar šo raksturlielumu ūdeņradis parasti pieder pie halogēnu grupas (tabulā tas ir norādīts virs fluora iekavās), ar kuru tas ir līdzīgs.

Ūdeņradis kā vienkārša viela

Ūdeņradis ir gāze, kuras molekula sastāv no divām. Šo vielu 1766. gadā atklāja britu zinātnieks Henrijs Kavendišs. Viņš pierādīja, ka ūdeņradis ir gāze, kas eksplodē, reaģējot ar skābekli. Pēc ūdeņraža izpētes ķīmiķi atklāja, ka šī viela ir vieglākā no visām cilvēkam zināmajām.

Cits zinātnieks Lavuazjē elementam deva nosaukumu “hidrogēnijs”, kas tulkojumā no latīņu valodas nozīmē “ūdens dzemdēšana”. 1781. gadā Henrijs Kavendišs pierādīja, ka ūdens ir skābekļa un ūdeņraža savienojums. Citiem vārdiem sakot, ūdens ir ūdeņraža reakcijas produkts ar skābekli. Ūdeņraža uzliesmojošās īpašības bija zināmas senajiem zinātniekiem: atbilstošos ierakstus atstāja Paracelzs, kurš dzīvoja 16. gadsimtā.

Molekulārais ūdeņradis ir dabā sastopams, dabā sastopams gāzveida savienojums, kas sastāv no diviem atomiem un tiek nogādāts degošas šķembas virsmā. Ūdeņraža molekula var sadalīties atomos, kas pārvēršas hēlija kodolos, jo tie spēj piedalīties kodolreakcijās. Šādi procesi regulāri notiek kosmosā un uz Saules.

Ūdeņradis un tā fizikālās īpašības

Ūdeņradim ir šādi fizikālie parametri:

• vārās -252,76 °C;
• kūst -259,14 °C; *norādītajās temperatūras robežās ūdeņradis ir šķidrums bez smaržas, bezkrāsains;
• ūdeņradis nedaudz šķīst ūdenī;
• ūdeņradis teorētiski var nonākt metāliskā stāvoklī, ja tāds ir īpaši nosacījumi(zema temperatūra un augsts spiediens);
• tīrs ūdeņradis ir sprādzienbīstama un uzliesmojoša viela;
• ūdeņradis spēj izkliedēties cauri metālu biezumam, tāpēc tajos labi šķīst;
• ūdeņradis ir 14,5 reizes vieglāks par gaisu;
• plkst augsts asinsspiediens var iegūt sniegam līdzīgus cietā ūdeņraža kristālus.

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

Laboratorijas metodes:

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

Ūdeņraža savienojumi:

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

Lai savāktu saražoto ūdeņradi, jums ir jātur mēģene otrādi. Ūdeņradi nevar savākt kā oglekļa dioksīds, jo tas ir daudz vieglāks par gaisu. Ūdeņradis ātri iztvaiko, un, sajaucoties ar gaisu (vai lielos uzkrājumos), tas eksplodē. Tāpēc ir nepieciešams apgriezt mēģeni. Tūlīt pēc iepildīšanas caurule tiek aizvērta ar gumijas aizbāzni.

Lai pārbaudītu ūdeņraža tīrību, pie mēģenes kakliņa jātur aizdegts sērkociņš. Ja notiek blāvs un kluss sprādziens, gāze ir tīra un gaisa piemaisījumi ir minimāli. Ja kokvilna ir skaļa un svilpo, gāze mēģenē ir netīra un satur lielu daļu svešķermeņu.

Uzmanību! Nemēģiniet paši atkārtot šos eksperimentus!

ŪDEŅRADS, H (lat. hydrogenium; a. ūdeņradis; n. Wasserstoff; f. ūdeņradis; i. hidrogeno), ir Mendeļejeva elementu periodiskās sistēmas ķīmiskais elements, kas vienlaikus tiek klasificēts I un VII grupā, atomu skaits 1. , atommasa 1, 0079. Dabiskajam ūdeņradim ir stabili izotopi - protijs (1 H), deitērijs (2 H vai D) un radioaktīvais - tritijs (3 H, vai T). Priekš dabiskie savienojumi vidējā attiecība D/H = (158±2).10 -6 Līdzsvara saturs 3 H uz Zemes ~5.10 27 atomi.

Ūdeņraža fizikālās īpašības

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

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

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

Ūdeņradis dabā

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

Ūdeņraža ražošana un izmantošana

Izejvielas priekš rūpnieciskā ražošanaūdeņradis - naftas pārstrādes gāzes, gazifikācijas produkti uc Galvenās ūdeņraža iegūšanas metodes: ogļūdeņražu reakcija ar ūdens tvaikiem, ogļūdeņražu daļēja oksidēšana, oksīdu pārvēršana, ūdens elektrolīze. Ūdeņradi izmanto amonjaka, spirtu, sintētiskā benzīna, sālsskābes ražošanā, naftas produktu hidroapstrādē un 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% pēc masas), un uz Zemes tas ir devītais pēc daudzuma. Vissvarīgākais dabiskais ūdeņraža savienojums ir ūdens.
Ūdeņradis ir pirmajā vietā periodiskajā tabulā (Z = 1). Tam ir visvienkāršākā atomu struktūra: atoma kodols ir 1 protons, ko ieskauj elektronu mākonis, kas sastāv no 1 elektrona.
Dažos apstākļos ūdeņradim piemīt metāliskas īpašības (nodod elektronu), savukārt citos tam piemīt nemetāla īpašības (pieņem elektronu).
Dabā sastopamie ūdeņraža izotopi ir: 1H - protijs (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 neitroni).

Vienkārša viela ūdeņradis

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

Ūdeņraža ražošana

Laboratorijā:

1. Atšķaidītu skābju ietekme uz metāliem:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Mijiedarbība starp sārmainu un metāli ar ūdeni:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2

3. Hidrīdu hidrolīze: metālu hidrīdi viegli sadalās ūdenī, veidojot atbilstošu sārmu un ūdeņradi:
NaH +H2O → NaOH +H2
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

4. Sārmu ietekme uz cinku, alumīniju vai silīciju:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na +3H2
Zn +2KOH +2H2O → K2 +H2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Ūdens elektrolīze. Lai palielinātu ūdens elektrisko vadītspēju, tam pievieno elektrolītu, piemēram, NaOH, H 2 SO 4 vai Na 2 SO 4. Pie katoda veidojas 2 tilpumi ūdeņraža, bet pie anoda - 1 tilpums skābekļa.
2H2O → 2H2+O2

Ūdeņraža rūpnieciskā ražošana

1. Metāna pārvēršana ar tvaiku, Ni 800 °C (lētākais):
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Kopā:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Ūdens tvaiki caur karstu koksu 1000 o C temperatūrā:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Iegūtais oglekļa monoksīds (IV) tiek absorbēts ūdenī, un šādā veidā tiek iegūti 50% rūpnieciskā ūdeņraža.

3. Karsējot metānu līdz 350°C dzelzs vai niķeļa katalizatora klātbūtnē:
CH4 → C+2H2

4. KCl vai NaCl kā blakusprodukta ūdens šķīdumu elektrolīze:
2H 2O + 2NaCl → Cl 2 + H2 + 2NaOH

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības

• Savienojumos ūdeņradis vienmēr ir vienvērtīgs. To raksturo oksidācijas pakāpe +1, bet metālu hidrīdos tas ir vienāds ar -1.
• Ūdeņraža molekula sastāv no diviem atomiem. Saiknes rašanos starp tām izskaidro vispārināta elektronu pāra H:H vai H 2 veidošanās.
• Pateicoties šim elektronu vispārinājumam, H 2 molekula ir enerģētiski stabilāka nekā tās atsevišķie atomi. Lai sadalītu 1 molu ūdeņraža molekulu atomos, nepieciešams iztērēt 436 kJ enerģijas: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
• Tas izskaidro molekulārā ūdeņraža relatīvi zemo aktivitāti parastā temperatūrā.
• Ar daudziem nemetāliem ūdeņradis veido gāzveida savienojumus, piemēram, RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Ar halogēniem veido ūdeņraža halogenīdus:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Tajā pašā laikā tas eksplodē ar fluoru, reaģē ar hloru un bromu tikai tad, kad tiek izgaismots vai karsēts, un ar jodu tikai sildot.

2) Ar skābekli:
2H2 + O2 → 2H2O
ar siltuma izdalīšanos. Normālā temperatūrā reakcija norit lēni, virs 550°C tā eksplodē. Maisījumu, kurā ir 2 tilpumi H 2 un 1 tilpums O 2, sauc par detonējošu gāzi.

3) Sildot, tas enerģiski reaģē ar sēru (daudz grūtāk ar selēnu un telūru):
H2 + S → H2S (sērūdeņradis),

4) Ar slāpekli ar amonjaka veidošanos tikai uz katalizatora un plkst paaugstinātas temperatūras un spiediens:
ZN2 + N2 → 2NH3

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

6) veido hidrīdus ar sārmu un sārmzemju metāliem (ūdeņradis ir oksidētājs):
H2 + 2Li → 2LiH
metālu hidrīdos ūdeņraža jons ir negatīvi uzlādēts (oksidācijas pakāpe -1), tas ir, Na + H hidrīds - veidots līdzīgi Na + Cl hlorīdam -

Ar sarežģītām vielām:

7) ar metālu oksīdiem (izmanto metālu reducēšanai):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

8) ar oglekļa monoksīdu (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintēzes gāzei (ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījumam) ir svarīga nozīme praktiska nozīme, jo atkarībā no temperatūras, spiediena un katalizatora veidojas dažādi organiskie savienojumi, piemēram, HCHO, CH 3 OH un citi.

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

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

Uzliesmojošu gāzu 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, sākot ar 1766. gadu, un deva tai nosaukumu “degošs gaiss”. Dedzinot šī gāze radīja ūdeni. Diemžēl zinātnieka ievērošana flogistona (hipotētiskā "ultrasmalkā viela") teorijai neļāva viņam izdarīt pareizos secinājumus.

Franču ķīmiķis un dabaszinātnieks A. Lavuazjē kopā ar inženieri J. Menjē un ar speciālu gazometru palīdzību 1783. gadā sintezēja ūdeni un pēc tam analizēja to, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi zinātnieki varēja nonākt pie pareiziem secinājumiem. Viņi atklāja, ka “degošs gaiss” ir ne tikai ūdens daļa, bet arī to var iegūt.

1787. gadā Lavuazjē ierosināja, ka pētāmā gāze ir vienkārša viela un attiecīgi pieder pie primārās. ķīmiskie elementi. Viņš to sauca par ūdeņradi (no grieķu vārdiem hydor - ūdens + gennao - es dzemdēju), t.i., "ūdens dzemdēšana".

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 (salīdzinot ar citu elementu atomiem), un tā masa tika ņemta par pamatvienību atomu masu salīdzināšanai, saņemot vērtību, kas vienāda ar 1.

Fizikālās īpašības

Ūdeņradis ir vieglākā zinātnei zināmā viela (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 (sašķidrinās) 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. No visām gāzēm ūdeņradim ir visaugstākā siltumvadītspēja: pie 1 atm un 0 °C tā ir vienāda ar 0,174 W/(mxK).

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

Pēdējā īpašība ir saistīta ar tā spēju izkliedēties, un difūziju caur oglekļa sakausējumu (piemēram, tēraudu) var pavadīt sakausējuma iznīcināšana ūdeņraža mijiedarbības ar oglekli 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 spoisi tādos pašos apstākļos).

Daudzos savienojumos šim elementam ir +1 valence (oksidācijas pakāpe), tāpat kā nātrijs un citi sārmu metāli. To parasti uzskata par šo metālu analogu. Attiecīgi viņš vada periodiskās sistēmas I grupu. Metālu hidrīdos ūdeņraža jonam ir negatīvs lādiņš (oksidācijas pakāpe ir -1), tas ir, Na+H- struktūra ir līdzīga Na+Cl-hlorīdam. Saskaņā ar šo un dažiem citiem faktiem (tuvums fizikālās īpašības elements “H” un halogēni, spēja to aizstāt ar halogēniem organiskajos savienojumos) Ūdeņradis pieder periodiskās sistēmas VII grupai.

Normālos apstākļos molekulārajam ūdeņradim ir zema aktivitāte, tieši savienojoties tikai ar visaktīvākajiem nemetāliem (ar fluoru un hloru, ar pēdējo gaismā). Savukārt, sildot, 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 norit diezgan lēni, un pie t° >= 550 °C tā ir nekontrolējama. Ūdeņraža + skābekļa maisījuma sprādzienbīstamības robežas pēc tilpuma ir 4–94% H2, bet ūdeņraža + gaisa maisījumam ir 4–74% H2 (maisījumu, kurā ir divi tilpumi H2 un viens tilpums O2, sauc par detonējošu gāzi).

Šo elementu izmanto, lai reducētu lielāko daļu metālu, jo tas atdala skābekli no oksīdiem:

Fe3O4 + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O,

CuO + H₂ = Cu + H₂O utt.

Ūdeņradis veido ūdeņraža halogenīdus ar dažādiem halogēniem, piemēram:

H₂ + Cl2 = 2HCl.

Taču, reaģējot ar fluoru, ūdeņradis uzsprāgst (tas notiek arī tumsā, pie -252 ° C), ar bromu un hloru tas reaģē tikai sildot vai apgaismots, un ar jodu - tikai karsējot. Mijiedarbojoties ar slāpekli, veidojas amonjaks, bet tikai uz katalizatora, kad augsts asinsspiediens un temperatūra:

ZN₂ + N₂ = 2NН3.

Sildot, ūdeņradis aktīvi reaģē ar sēru:

H₂ + 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 (sārmu, sārmzemju un citiem), veidojot hidrīdus, piemēram:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Ūdeņraža un oglekļa monoksīda (II) mijiedarbībai ir liela praktiska nozīme. Šajā gadījumā atkarībā no spiediena, temperatūras un katalizatora veidojas dažādi organiskie savienojumi: HCHO, CH₃OH utt. Nepiesātinātie ogļūdeņraži reakcijas laikā kļūst piesātināti, piemēram:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Ūdeņradim un tā savienojumiem ir izcila loma ķīmijā. Tas nosaka skābās īpašības tā saukto. protonskābes, mēdz veidoties ar dažādi elementiūdeņraža saite, kas būtiski ietekmē daudzu neorganisko un organisko savienojumu īpašības.

Ūdeņraža ražošana

Galvenie izejvielu veidi priekš rūpnieciskā ražošanaŠis elements ietver naftas rafinēšanas gāzes, dabīgās degošās un koksa krāsns gāzes. To iegūst arī no ūdens elektrolīzes ceļā (vietās, kur ir pieejama elektrība). Viens no svarīgākās metodes Materiāla iegūšana no dabasgāzes tiek uzskatīta par ogļūdeņražu, galvenokārt metāna, katalītisko mijiedarbību ar ūdens tvaikiem (tā sauktā konversija). Piemēram:

CH4 + H₂O = CO + ZN2.

Nepilnīga ogļūdeņražu oksidēšana ar skābekli:

CH₄ + ½O2 = CO + 2H₂.

Sintezētais oglekļa monoksīds (II) tiek pārveidots:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

No dabasgāzes ražotais ūdeņradis ir lētākais.

Izmanto ūdens elektrolīzei D.C., kas tiek izlaista caur NaOH vai KOH šķīdumu (skābes netiek izmantotas, lai izvairītos no iekārtas korozijas). Laboratorijas apstākļos materiālu iegūst ar ūdens elektrolīzi vai sālsskābes un cinka reakcijas rezultātā. Tomēr biežāk tiek izmantots jau gatavs rūpnīcas materiāls cilindros.

Šis elements ir izolēts no naftas rafinēšanas gāzēm un koksa krāsns gāzes, atdalot visas pārējās gāzu maisījuma sastāvdaļas, jo dziļās dzesēšanas laikā tās vieglāk sašķidrinās.

Šo materiālu rūpnieciski sāka ražot 18. gadsimta beigās. Pēc tam to izmantoja pildīšanai baloni. Šobrīd ūdeņradi plaši izmanto rūpniecībā, galvenokārt ķīmiskajā rūpniecībā, amonjaka ražošanai.

Vielas masveida patērētāji ir metilspirtu un citu spirtu, sintētiskā benzīna un daudzu citu produktu ražotāji. Tos iegūst sintēzes ceļā no oglekļa monoksīda (II) un ūdeņraža. Ūdeņradi izmanto smago un cieto vielu hidrogenēšanai šķidrā degviela, tauki utt., HCl sintēzei, naftas produktu hidroapstrādē, kā arī metālu griešanā/metināšanā. Svarīgākie elementi kodolenerģijai ir tās izotopi - tritijs un deitērijs.

Ūdeņraža bioloģiskā loma

Apmēram 10% no dzīvo organismu masas (vidēji) nāk no šī elementa. Tā ir daļa no ūdens un svarīgākajām dabisko savienojumu grupām, tostarp olbaltumvielām, nukleīnskābēm, lipīdiem un ogļhidrātiem. Kādam nolūkam to lieto?

Šim materiālam ir izšķiroša loma: proteīnu telpiskās struktūras uzturēšanā (kvartārā), komplementaritātes principa īstenošanā. nukleīnskābes(t.i., ģenētiskās informācijas ieviešanā un uzglabāšanā), kopumā “atpazīšanā” molekulārā līmenī.

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

Ūdeņradis (pauspapīrs no latīņu valodas: lat. Hydrogenium - hydro = “ūdens”, gen = “ģenerē”; hydrogenium – “ģenerē ūdeni”; apzīmē ar simbolu H) ir pirmais elementu periodiskās tabulas elements. Plaši izplatīts dabā. Visizplatītākā ūdeņraža izotopa 1 H katjons (un kodols) ir protons. 1H kodola īpašības ļauj plaši izmantot KMR spektroskopiju organisko vielu analīzē.

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

Vienkārša viela ūdeņradis - H 2 - ir viegla bezkrāsaina gāze. Sajaucot ar gaisu vai skābekli, tas ir uzliesmojošs un sprādzienbīstams. Nav toksisks. Šķīst etanolā un vairākos metālos: dzelzs, niķelis, pallādijs, platīns.

Stāsts

Uzliesmojošu gāzu izdalīšanās skābju un metālu mijiedarbības laikā tika novērota 16. un XVII gadsimtsķīmijas kā zinātnes veidošanās rītausmā. Arī Mihails Vasiļjevičs Lomonosovs tieši norādīja uz tās izolāciju, taču viņš jau noteikti apzinājās, ka tas nav flogistons. Angļu fiziķis un ķīmiķis Henrijs Kavendišs 1766. gadā pārbaudīja šo gāzi un nosauca to par “degošu gaisu”. Dedzinot, “degošais gaiss” radīja ūdeni, taču Kavendiša pieturēšanās pie flogistona teorijas neļāva viņam izdarīt pareizos secinājumus. Franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē kopā ar inženieri J. Meunjē, izmantojot īpašus gazometrus, 1783. gadā veica ūdens sintēzi un pēc tam analīzi, sadalot ūdens tvaikus ar karstu dzelzi. Tādējādi viņš konstatēja, ka “degošs gaiss” ir daļa no ūdens un to var iegūt no tā.

vārda izcelsme

Lavuazjē ūdeņradim deva nosaukumu hidrogēns (no sengrieķu ὕδωρ — ūdens un γεννάω — es dzemdēju) — “ūdens dzemdēšana”. Krievu nosaukumu “ūdeņradis” ierosināja ķīmiķis M. F. Solovjovs 1824. gadā - pēc analoģijas ar M. V. Lomonosova “skābekli”.

Izplatība

Visumā
Ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 92% no visiem atomiem (8% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu īpatsvars kopā ir mazāks par 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenais komponents zvaigznes un starpzvaigžņu gāze. Zvaigžņu temperatūras apstākļos (piemēram, Saules virsmas temperatūra ir ~ 6000 °C) starpzvaigžņu telpā pastāv plazmas veidā, 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 visbiežāk sastopamais elements. Taču 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 ķīmiskajos procesos, kas notiek uz Zemes, ir gandrīz tikpat liela kā skābekļa nozīme. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, gandrīz viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; Atmosfērā ir tikai ļoti neliels daudzums ūdeņraža vienkāršas vielas veidā (0,00005 tilpuma%).
Ūdeņradis ir daļa no gandrīz visām organiskajām vielām un atrodas visās dzīvās šūnās. Dzīvās šūnās ūdeņradis veido gandrīz 50% no atomu skaita.

Kvīts

Rūpnieciskās metodes vienkāršu vielu ražošanai ir atkarīgas no formas, kādā attiecīgais elements atrodas dabā, tas ir, kas var būt tā ražošanas izejviela. Tādējādi skābeklis, kas ir pieejams brīvā stāvoklī, tiek iegūts fiziski - atdalot no šķidrā gaisa. Gandrīz viss ūdeņradis ir savienojumu veidā, tāpēc tā iegūšanai viņi izmanto ķīmiskās metodes. Jo īpaši var izmantot sadalīšanās reakcijas. Viens no veidiem, kā iegūt ūdeņradi, ir ūdens sadalīšanās ar elektrisko strāvu.
Pamata rūpnieciskā metodeūdeņraža ražošana - metāna, kas ir daļa no dabasgāzes, reakcija ar ūdeni. To veic augstā temperatūrā:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 –165 kJ

Viena no laboratorijas metodēm ūdeņraža iegūšanai, ko dažkārt izmanto rūpniecībā, ir ūdens sadalīšana ar elektrisko strāvu. Parasti ūdeņradi ražo laboratorijā, cinkam reaģējot ar sālsskābi.