Водород

Водород и главная подгруппа VII группы

Тема 14. VII-VIII группы ПСЭ

Водород – широко распространен во Вселенной. Спектральный анализ показывает наличие его на Солнце, звездах и космическом пространстве. В нижних слоях атмосферы Земли молекулярного водорода практически нет. В атмосфере звезд с температурой выше 5000^оС водород находится в атомарном состоянии, при более низких температурах - в молекулярной форме.

Методы получения:

1. При электролизе водных растворов кислот и оснований наряду с кислородом образуется и водород (на катоде).

2. Все химические соединения при нагревании до определенной температуры разлагаются на простые вещества. Поэтому и соединения содержащие водород могут служить источником получения его:

CH₄ = C + 2H₂

3. В качестве промышленного метода получения водорода используют реакцию метана с парами воды при температуре 1100^оС:

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

4. Уголь, нагретый до 1000^оС, взаимодействует с водой; смесь равных объемов CO и H₂ называют водяным газом:

C + H₂O = CO + H₂

5. Из кислот под действием металлов (используется в лабораторной практике):

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ ↑

г) Из гидроксидов щелочных металлов под действием алюминия:

2Al + 6NaOH + 6Н₂О = 2Na₃[Al(OH)₆] + 3H₂ ↑

Физические свойства:

Водород имеет три изотопа. В естественной смеси 99,985% протия и 0,015% дейтерия. Тритий - радиоактивный изотоп с периодом полураспада 12,26 года. Водород - бесцветный газ без вкуса и запаха. Жидкий водород - бесцветная жидкость, твердый - снегообразная масса. Молекулярный водород (H₂) самый легкий из всех газов (в 14,5 раз легче воздуха).

Плохо растворим в воде, хорошо растворим во многих металлах. Например, один объем палладия растворяет до 875 объемов водорода.

Химические свойства

1. Водород исключительный элемент по большинству химических свойств. Не имеет аналогов в периодической системе.

Положение водорода в периодической системе не определено. Как одновалентный элемент его иногда включают в первую группу периодической системы, однако единственное сходство его со щелочными металлами состоит в том, что он образует положительный ион. Помимо положительной степени окисления +1, водород в соединениях с металлами (гидридах) проявляет отрицательную степень окисления -1.

2. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода при поджигании взрывается:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

3. Водород из-за своей склонности соединяться с кислородом разлагает многие кислородсодержащие вещества с образованием воды. Многие оксиды взаимодействуя с водородом восстанавливаются до металла.

4. С фтором водород бурно реагирует уже при обычной температуре:

F₂ + H₂ = 2HF

Хлор соединяется с водородом менее бурно, с иодом реакция не идет до конца даже при нагревании. Сера медленно взаимодействует с водородом уже при обычной температуре с образованием сероводорода:

S + H₂ = H₂S

Азот взаимодействует с водородом только при нагревании в присутствии катализатора с образованием аммиака.

5. Соединения водорода с металлами (гидриды) можно разделить на три группы:

1) Ковалентные гидриды – это гидриды B, Al, Ga и элементов 4, 5, 6, 7 групп ПС. Большинство соединений водорода (углеводороды, вода и др.) относятся к этому типу соединений.

2) Ионные гидриды образуют щелочные и щелочноземельные металлы. Например: LiH, CaH₂.

3) Гидриды внедрения образуют переходные металлы - Тi, Zr, W и др.

6. Основное применение водорода в хим. промышленности - для производства аммиака и каталитической гидрогенизации органических веществ. Тритий, получаемый искусственно, используется в термоядерном оружии.

Дата добавления: 2014-12-16