trang chủ > kính > Hydro là loại chất gì? Tính chất vật lý và hóa học của hydro. Tính chất vật lý của hydro. Tính chất và ứng dụng của hydro


Hydro là loại chất gì? Tính chất vật lý và hóa học của hydro. Tính chất vật lý của hydro. Tính chất và ứng dụng của hydro




Hydro H là nguyên tố phổ biến nhất trong Vũ trụ (khoảng 75% khối lượng) và trên Trái đất, nó là nguyên tố phổ biến thứ chín. Điều quan trọng nhất hợp chất tự nhiên hydro là nước.
Hydro đứng đầu trong bảng tuần hoàn (Z = 1). Nó có cấu trúc nguyên tử đơn giản nhất: hạt nhân nguyên tử là 1 proton, được bao quanh bởi đám mây electron gồm 1 electron.
Trong một số điều kiện, hydro thể hiện tính chất kim loại (cho electron), trong khi ở những điều kiện khác, nó thể hiện tính chất phi kim (nhận electron).
Các đồng vị hydro được tìm thấy trong tự nhiên là: 1H - protium (hạt nhân gồm một proton), 2H - deuterium (D - hạt nhân gồm một proton và một neutron), 3H - tritium (T - hạt nhân gồm một proton và hai neutron).

Chất đơn giản hydro

Một phân tử hydro bao gồm hai nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị không phân cực.
Tính chất vật lý. Hydro là chất khí không màu, không mùi, không vị, không độc. Phân tử hydro không có cực. Do đó, lực tương tác giữa các phân tử trong khí hydro là nhỏ. Điều này thể hiện ở nhiệt độ thấp sôi (-252,6 0С) và nóng chảy (-259,2 0С).
Hydro nhẹ hơn không khí, D (trong không khí) = 0,069; ít tan trong nước (2 thể tích H2 hòa tan trong 100 thể tích H2O). Vì vậy, hydro khi được sản xuất trong phòng thí nghiệm có thể được thu thập bằng phương pháp dịch chuyển không khí hoặc nước.

Sản xuất hydro

Trong phòng thí nghiệm:

1.Ảnh hưởng của axit loãng lên kim loại:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Tương tác giữa kiềm và kim loại với nước:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. Thủy phân hydrua: hydrua kim loại dễ bị phân hủy bởi nước tạo thành kiềm và hydro tương ứng:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4. Tác dụng của chất kiềm đối với kẽm, nhôm hoặc silicon:
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. Điện phân nước. Để tăng độ dẫn điện của nước, người ta thêm chất điện phân vào nước, ví dụ NaOH, H 2 SO 4 hoặc Na 2 SO 4. 2 thể tích hydro được tạo thành ở cực âm và 1 thể tích oxy ở cực dương.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Công nghiệp sản xuất hydro

1. Chuyển hóa metan bằng hơi nước, Ni 800°C (rẻ nhất):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Tổng cộng:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Hơi nước qua cốc nóng ở 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Khí carbon monoxide (IV) thu được được hấp thụ bởi nước và 50% hydro công nghiệp được sản xuất theo cách này.

3. Bằng cách đun nóng khí mêtan đến 350°C với sự có mặt của chất xúc tác sắt hoặc niken:
CH 4 → C + 2H 2

4. Điện phân dung dịch nước Sản phẩm phụ là KCl hoặc NaCl:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Tính chất hóa học của hydro

  • Trong các hợp chất, hydro luôn là hóa trị một. Nó được đặc trưng bởi trạng thái oxy hóa +1, nhưng trong hydrua kim loại, nó bằng -1.
  • Phân tử hydro bao gồm hai nguyên tử. Sự xuất hiện liên kết giữa chúng được giải thích bằng sự hình thành cặp electron tổng quát H:H hoặc H 2
  • Nhờ sự tổng quát hóa này của các electron, phân tử H 2 ổn định về mặt năng lượng hơn các nguyên tử riêng lẻ của nó. Để biến 1 mol phân tử hydro thành nguyên tử cần tiêu tốn 436 kJ năng lượng: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
  • Điều này giải thích hoạt tính tương đối thấp của phân tử hydro ở nhiệt độ thường.
  • Với nhiều phi kim, hydro tạo thành các hợp chất khí như RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Tạo thành hydro halogenua với halogen:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Đồng thời, nó phát nổ với flo, chỉ phản ứng với clo và brom khi được chiếu sáng hoặc đun nóng và chỉ phản ứng với iốt khi đun nóng.

2) Với oxy:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
với sự giải phóng nhiệt. Ở nhiệt độ bình thường phản ứng diễn ra chậm, trên 550°C phản ứng sẽ phát nổ. Hỗn hợp gồm 2 thể tích H 2 và 1 thể tích O 2 được gọi là khí nổ.

3) Khi đun nóng, nó phản ứng mạnh với lưu huỳnh (khó khăn hơn nhiều với selen và Tellurium):
H 2 + S → H 2 S (hydro sunfua),

4) Với nitơ chỉ tạo thành amoniac trên chất xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) Với cacbon ở nhiệt độ caoỒ:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Tạo thành hiđrua với kim loại kiềm và kiềm thổ (hydro là chất oxy hóa):
H2 + 2Li → 2LiH
trong hydrua kim loại, ion hydro tích điện âm (trạng thái oxy hóa -1), nghĩa là Na + H hydrua - được tạo thành tương tự như Na + Cl clorua -

Với các chất phức tạp:

7) Với oxit kim loại (dùng để khử kim loại):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) với cacbon monoxit (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Tổng hợp - khí (hỗn hợp hydro và cacbon monoxit) có ý nghĩa thực tiễn quan trọng vì tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác, các loại hợp chất hữu cơ, ví dụ HCHO, CH 3 OH và các loại khác.

9) Hydrocacbon không bão hòa phản ứng với hydro và trở nên bão hòa:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.


Hydro được phát hiện vào nửa sau thế kỷ 18 bởi nhà khoa học người Anh trong lĩnh vực vật lý và hóa học G. Cavendish. Ông đã cố gắng cô lập chất này ở trạng thái nguyên chất, bắt đầu nghiên cứu và mô tả các đặc tính của nó.

Đây là câu chuyện về việc phát hiện ra hydro. Trong quá trình thí nghiệm, nhà nghiên cứu đã xác định rằng đây là một loại khí dễ cháy, khi đốt cháy trong không khí sẽ tạo ra nước. Điều này dẫn đến việc xác định thành phần chất lượng của nước.

Hydro là gì

Nhà hóa học người Pháp A. Lavoisier lần đầu tiên công bố hydro là một chất đơn giản vào năm 1784, vì ông xác định rằng phân tử của nó chứa các nguyên tử cùng loại.

Tên của nguyên tố hóa học trong tiếng Latin phát âm giống như hydrogenium (đọc là “hydrogenium”), có nghĩa là “cho nước”. Tên dùng để chỉ phản ứng đốt cháy tạo ra nước.

Đặc tính của hydro

Tên gọi hydro được N. Mendeleev gán cho nguyên tố hóa học này. số seri, đặt nó vào nhóm con chính của nhóm thứ nhất và chu kỳ đầu tiên và có điều kiện nằm trong nhóm con chính của nhóm thứ bảy.

Trọng lượng nguyên tử (khối lượng nguyên tử) của hydro là 1,00797. Khối lượng phân tử của H2 là 2 a. e. Khối lượng mol bằng số đó.

Nó được đại diện bởi ba đồng vị có tên đặc biệt: protium phổ biến nhất (H), deuterium nặng (D), tritium phóng xạ (T).

Nó là nguyên tố đầu tiên có thể tách hoàn toàn thành đồng vị một cách đơn giản. Nó dựa trên sự chênh lệch lớn về khối lượng của các đồng vị. Quá trình này được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1933. Điều này được giải thích là do chỉ đến năm 1932, người ta mới phát hiện được đồng vị có khối lượng 2.

Tính chất vật lý

TRONG điều kiện bình thường Chất đơn giản hydro ở dạng phân tử hai nguyên tử là chất khí, không màu, không vị và không mùi. Ít tan trong nước và các dung môi khác.

Nhiệt độ kết tinh - 259,2 o C, nhiệt độ sôi - 252,8 o C.Đường kính của các phân tử hydro nhỏ đến mức chúng có khả năng khuếch tán từ từ qua một số vật liệu (cao su, thủy tinh, kim loại). Tính chất này được sử dụng khi cần thiết để làm sạch hydro khỏi các tạp chất khí. Khi n. bạn. hydro có mật độ 0,09 kg/m3.

Có thể biến hydro thành kim loại bằng cách tương tự với các nguyên tố nằm trong nhóm đầu tiên không? Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng hydro, trong điều kiện áp suất đạt tới 2 triệu atm, bắt đầu hấp thụ tia hồng ngoại, điều này cho thấy sự phân cực của các phân tử của chất này. Có lẽ, ở áp suất cao hơn nữa, hydro sẽ trở thành kim loại.

Hay đấy: có giả định rằng trên các hành tinh khổng lồ, Sao Mộc và Sao Thổ, hydro được tìm thấy ở dạng kim loại. Người ta cho rằng hydro rắn kim loại cũng có mặt trong lõi trái đất do áp suất cực cao do lớp phủ trái đất tạo ra.

Tính chất hóa học

TRONG phản ứng hóa học với hydro phản ứng với cả đơn giản và chất phức tạp. Nhưng hoạt tính thấp của hydro cần được tăng lên bằng cách tạo điều kiện thích hợp - tăng nhiệt độ, sử dụng chất xúc tác, v.v.

Khi đun nóng, các chất đơn giản như oxy (O 2), clo (Cl 2), nitơ (N 2), lưu huỳnh (S) phản ứng với hydro.

Nếu bạn đốt cháy hydro nguyên chất ở đầu ống thoát khí trong không khí, nó sẽ cháy đều nhưng hầu như không đáng kể. Nếu bạn đặt ống thoát khí trong môi trường có oxy nguyên chất thì quá trình đốt cháy sẽ tiếp tục hình thành các giọt nước trên thành bình do phản ứng:

Quá trình đốt cháy nước đi kèm với sự giải phóng số lượng lớn sự ấm áp. Đây là một phản ứng hợp chất tỏa nhiệt trong đó hydro bị oxy hóa bởi oxy để tạo thành oxit H 2 O. Đây cũng là phản ứng oxi hóa khử trong đó hydro bị oxy hóa và oxy bị khử.

Phản ứng với Cl 2 xảy ra tương tự như tạo thành hydro clorua.

Sự tương tác của nitơ với hydro đòi hỏi nhiệt độ cao và huyết áp cao cũng như sự có mặt của chất xúc tác. Kết quả là amoniac.

Kết quả của phản ứng với lưu huỳnh, hydro sunfua được hình thành, việc nhận biết chất này được tạo điều kiện thuận lợi nhờ mùi đặc trưng của trứng thối.

Trạng thái oxy hóa của hydro trong các phản ứng này là +1 và trong các hydrua được mô tả dưới đây - 1.

Khi phản ứng với một số kim loại sẽ tạo thành hiđrua, ví dụ natri hiđrua - NaH. Một số hợp chất phức tạp này được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa cũng như trong năng lượng nhiệt hạch.

Hydro cũng phản ứng với các chất thuộc loại phức tạp. Ví dụ: với đồng (II) oxit có công thức CuO. Để thực hiện phản ứng, hydro đồng được truyền qua oxit đồng (II) dạng bột đã được nung nóng. Trong quá trình tương tác, thuốc thử thay đổi màu sắc và chuyển sang màu nâu đỏ, các giọt nước đọng lại trên thành ống nghiệm lạnh.

Hydro bị oxy hóa trong quá trình phản ứng, tạo thành nước và đồng bị khử từ oxit thành một chất đơn giản (Cu).

Lĩnh vực sử dụng

Hydro có tầm quan trọng lớn cho con người và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

  1. Trong sản xuất hóa chất nó là nguyên liệu thô, trong các ngành công nghiệp khác nó là nhiên liệu. Các doanh nghiệp hóa dầu và lọc dầu không thể thiếu hydro.
  2. Trong ngành điện lực, chất đơn giản này đóng vai trò là chất làm mát.
  3. Trong luyện kim màu và kim loại màu, hydro đóng vai trò là chất khử.
  4. Điều này giúp tạo ra môi trường trơ ​​khi đóng gói sản phẩm.
  5. Công nghiệp dược phẩm - sử dụng hydro làm thuốc thử trong sản xuất hydro peroxide.
  6. Bong bóng thời tiết chứa đầy khí nhẹ này.
  7. Yếu tố này còn được gọi là bộ giảm nhiên liệu cho động cơ tên lửa.

Các nhà khoa học nhất trí dự đoán rằng nhiên liệu hydro sẽ dẫn đầu trong lĩnh vực năng lượng.

Biên nhận trong ngành

Trong công nghiệp, hydro được sản xuất bằng phương pháp điện phân với clorua hoặc hydroxit kim loại kiềm, Hòa tan trong nước. Cũng có thể thu được hydro trực tiếp từ nước bằng phương pháp này.

Việc chuyển đổi than cốc hoặc metan bằng hơi nước được sử dụng cho các mục đích này. Sự phân hủy khí mêtan ở nhiệt độ cao cũng tạo ra hydro. Hóa lỏng khí lò cốc bằng phương pháp phân đoạn cũng được sử dụng để sản xuất hydro công nghiệp.

Thu được trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, thiết bị Kipp được sử dụng để sản xuất hydro.

Thuốc thử là axit clohydric hoặc axit sulfuric và kẽm. Phản ứng tạo ra hydro.

Tìm hydro trong tự nhiên

Hydro phổ biến hơn bất kỳ nguyên tố nào khác trong Vũ trụ. Phần lớn các ngôi sao, bao gồm cả Mặt trời và các thiên thể khác là hydro.

TRONG vỏ trái đất nó chỉ là 0,15%. Nó có mặt trong nhiều khoáng chất, tất cả chất hữu cơ, cũng như trong nước, bao phủ 3/4 bề mặt hành tinh của chúng ta.

TRONG lớp trên khí quyển, dấu vết của hydro có thể được tìm thấy trong thể tinh khiết. Nó cũng được tìm thấy trong một số loại khí tự nhiên dễ cháy.

Khí hydro ít đậm đặc nhất và hydro lỏng là chất đậm đặc nhất trên hành tinh của chúng ta. Với sự trợ giúp của hydro, bạn có thể thay đổi âm sắc của giọng nói nếu bạn hít vào và nói khi thở ra.

Tại trung tâm của hành động mạnh mẽ nhất quả bom hydro nằm ở sự phân tách của nguyên tử nhẹ nhất.

Trong bảng tuần hoàn, nó có vị trí cụ thể riêng, phản ánh những tính chất mà nó thể hiện và nói về nó. cấu trúc điện tử. Tuy nhiên, trong số chúng có một nguyên tử đặc biệt chiếm hai ô cùng một lúc. Nó nằm trong hai nhóm yếu tố hoàn toàn trái ngược nhau về tính chất. Đây là hydro. Những tính năng như vậy làm cho nó trở nên độc đáo.

Hydro không chỉ là một nguyên tố mà còn là một chất đơn giản, cũng như thành phần nhiều hợp chất phức tạp, nguyên tố sinh học và hữu cơ. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét các đặc điểm và tính chất của nó chi tiết hơn.

Hydro là một nguyên tố hóa học

Hydro là nguyên tố nhóm 1 nhóm chính, cũng như nhóm thứ bảy của phân nhóm chính trong thời kỳ nhỏ đầu tiên. Giai đoạn này chỉ bao gồm hai nguyên tử: helium và nguyên tố chúng ta đang xem xét. Hãy để chúng tôi mô tả các tính năng chính của vị trí của hydro trong bảng tuần hoàn.

  1. Số nguyên tử của hydro là 1, số electron bằng nhau nên số proton bằng nhau. Khối lượng nguyên tử - 1,00795. Có ba đồng vị của nguyên tố này với số khối 1, 2, 3. Tuy nhiên, tính chất của mỗi đồng vị rất khác nhau, vì khối lượng tăng dù chỉ một đơn vị đối với hydro sẽ ngay lập tức tăng gấp đôi.
  2. Việc nó chỉ chứa một electron ở bề mặt bên ngoài cho phép nó thể hiện thành công cả tính chất oxy hóa và tính khử. Ngoài ra, sau khi nhường một electron, nó vẫn giữ nguyên quỹ đạo tự do, tham gia vào quá trình hình thành liên kết hóa học theo cơ chế cho - nhận.
  3. Hydro là chất khử mạnh. Do đó, vị trí chính của nó được coi là nhóm đầu tiên của phân nhóm chính, nơi chứa các kim loại hoạt động mạnh nhất - kiềm.
  4. Tuy nhiên, khi tương tác với chất khử mạnh, chẳng hạn như kim loại, nó cũng có thể là chất oxy hóa, nhận electron. Những hợp chất này được gọi là hydrua. Theo tính năng này, nó đứng đầu nhóm halogen tương tự.
  5. Do khối lượng nguyên tử rất nhỏ nên hydro được coi là nguyên tố nhẹ nhất. Ngoài ra, mật độ của nó cũng rất thấp nên cũng là thước đo cho độ nhẹ.

Như vậy, rõ ràng nguyên tử hydro là một nguyên tố hoàn toàn độc đáo, không giống như tất cả các nguyên tố khác. Do đó, tính chất của nó cũng đặc biệt, và các chất đơn giản và phức tạp được hình thành là rất quan trọng. Hãy xem xét chúng hơn nữa.

Chất đơn giản

Nếu nói về phần tử này Với tư cách là một phân tử, chúng ta phải nói rằng nó có tính chất diatomic. Nghĩa là, hydro (một chất đơn giản) là một chất khí. Công thức thực nghiệm của nó sẽ được viết là H2, và công thức đồ họa của nó sẽ được viết thông qua mối quan hệ sigma đơn H-H. Cơ chế hình thành liên kết giữa các nguyên tử là cộng hóa trị không phân cực.

  1. Cải tạo khí metan bằng hơi nước.
  2. Khí hóa than - quá trình này bao gồm việc nung than đến 1000 0 C, dẫn đến sự hình thành hydro và than có hàm lượng carbon cao.
  3. Điện phân. Phương pháp này chỉ có thể được sử dụng cho các dung dịch nước của các loại muối khác nhau, vì sự nóng chảy không dẫn đến sự phóng điện ở cực âm.

Các phương pháp sản xuất hydro trong phòng thí nghiệm:

  1. Thủy phân hiđrua kim loại.
  2. Tác dụng của axit loãng đối với kim loại hoạt động và hoạt động trung bình.
  3. Tương tác của kim loại kiềm và kiềm thổ với nước.

Để thu khí hydro tạo ra, bạn phải giữ ống nghiệm lộn ngược. Rốt cuộc, loại khí này không thể được thu thập theo cách tương tự như carbon dioxide. Đây là hydro, nó nhẹ hơn không khí rất nhiều. Nó bay hơi nhanh chóng và số lượng lớn Nổ khi trộn với không khí. Vì vậy, ống nghiệm phải được đảo ngược. Sau khi đổ đầy phải đậy lại bằng nút cao su.

Để kiểm tra độ tinh khiết của hydro thu được, bạn nên đưa que diêm đang cháy lên cổ. Nếu tiếng vỗ nhẹ và êm, điều đó có nghĩa là khí sạch, ít tạp chất không khí. Nếu kêu to và huýt sáo là xe bẩn, có tỷ lệ linh kiện ngoại lai lớn.

Lĩnh vực sử dụng

Khi hydro bị đốt cháy, một lượng năng lượng (nhiệt) lớn được giải phóng đến mức khí này được coi là nhiên liệu có lợi nhất. Hơn nữa, nó thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay việc ứng dụng nó trong lĩnh vực này còn hạn chế. Điều này là do các vấn đề chưa được tính toán kỹ lưỡng và chưa được giải quyết trong việc tổng hợp hydro tinh khiết, loại khí phù hợp để sử dụng làm nhiên liệu trong lò phản ứng, động cơ và thiết bị di động, cũng như nồi hơi sưởi ấm các tòa nhà dân cư.

Xét cho cùng, các phương pháp sản xuất loại khí này khá tốn kém, vì vậy trước tiên cần phải phát triển một phương pháp tổng hợp đặc biệt. Một thứ sẽ cho phép bạn có được sản phẩm với số lượng lớn và với chi phí tối thiểu.

Có một số lĩnh vực chính mà loại khí mà chúng tôi đang xem xét sẽ được sử dụng.

  1. Tổng hợp hóa học. Quá trình hydro hóa được sử dụng để sản xuất xà phòng, bơ thực vật và nhựa. Với sự tham gia của hydro, metanol và amoniac, cũng như các hợp chất khác, được tổng hợp.
  2. TRONG Công nghiệp thực phẩm- làm phụ gia E949.
  3. Công nghiệp hàng không (khoa học tên lửa, sản xuất máy bay).
  4. Ngành điện lực.
  5. Khí tượng học.
  6. Nhiên liệu thân thiện với môi trường.

Rõ ràng, hydro cũng quan trọng như nó có rất nhiều trong tự nhiên. Các hợp chất khác nhau mà nó tạo thành thậm chí còn đóng một vai trò lớn hơn.

Hợp chất hydro

Đây là những chất phức tạp có chứa các nguyên tử hydro. Có một số loại chính của các chất như vậy.

  1. Hydro halogenua. Công thức chung- HH. Ý nghĩa đặc biệt trong số đó có hydro clorua. Là chất khí tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch axit clohiđric. Axit này được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các phản ứng tổng hợp hóa học. Hơn nữa, cả hữu cơ và vô cơ. Hydro clorua là một hợp chất có công thức thực nghiệm HCL và là một trong những hợp chất được sản xuất lớn nhất hàng năm ở nước ta. Hydro halogenua cũng bao gồm hydro iodua, hydro florua và hydro bromua. Tất cả đều tạo thành các axit tương ứng.
  2. Dễ bay hơi Hầu hết chúng đều là những loại khí khá độc. Ví dụ, hydro sunfua, metan, silan, phosphine và các loại khác. Đồng thời, chúng rất dễ cháy.
  3. Hiđrua là hợp chất với kim loại. Chúng thuộc nhóm muối.
  4. Hydroxide: bazơ, axit và các hợp chất lưỡng tính. Chúng nhất thiết phải chứa một hoặc nhiều nguyên tử hydro. Ví dụ: NaOH, K 2, H 2 SO 4 và các loại khác.
  5. Hydro hydroxit. Hợp chất này được biết đến nhiều hơn là nước. Tên khác là hydro oxit. Công thức thực nghiệm trông như thế này - H 2 O.
  6. Hydro peroxit. Đây là chất oxy hóa mạnh, có công thức là H 2 O 2.
  7. Nhiều hợp chất hữu cơ: hydrocarbon, protein, chất béo, lipid, vitamin, hormone, tinh dầu và những người khác.

Rõ ràng là sự đa dạng của các hợp chất của nguyên tố mà chúng ta đang xem xét là rất lớn. Điều này một lần nữa khẳng định điều đó giá trị caođối với thiên nhiên và con người cũng như đối với mọi sinh vật.

- đây là dung môi tốt nhất

Như đã đề cập ở trên, tên gọi chung của chất này là nước. Gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị có cực. Phân tử nước là một lưỡng cực, điều này giải thích nhiều tính chất mà nó thể hiện. Đặc biệt, nó là một dung môi phổ quát.

Chính xác tại môi trường nước hầu hết mọi thứ đều xảy ra quá trình hóa học. Các phản ứng bên trong của quá trình chuyển hóa nhựa và năng lượng trong cơ thể sống cũng được thực hiện bằng cách sử dụng hydro oxit.

Nước được coi là chất quan trọng nhất trên hành tinh. Người ta biết rằng không có sinh vật sống nào có thể sống thiếu nó. Trên Trái đất, nó có thể tồn tại ở ba trạng thái kết hợp:

  • chất lỏng;
  • khí (hơi nước);
  • rắn (nước đá).

Tùy thuộc vào đồng vị của hydro có trong phân tử, ba loại nước được phân biệt.

  1. Ánh sáng hoặc protium. Một đồng vị có số khối 1. Công thức - H 2 O. Đây là dạng thông thường mà mọi sinh vật đều sử dụng.
  2. Đơteri hay nặng, công thức của nó là D 2 O. Chứa đồng vị 2 H.
  3. Siêu nặng hoặc triti. Công thức trông giống như T 3 O, đồng vị - 3 H.

Dự trữ nước protium tươi trên hành tinh là rất quan trọng. Đã có sự thiếu hụt ở nhiều nước. Các phương pháp đang được phát triển để xử lý nước mặn để sản xuất nước uống.

Hydrogen peroxide là một phương thuốc phổ biến

Hợp chất này, như đã đề cập ở trên, là một tác nhân oxy hóa tuyệt vời. Tuy nhiên, với những người đại diện mạnh mẽ, anh ta cũng có thể đóng vai trò là người phục hồi. Ngoài ra, nó có tác dụng diệt khuẩn rõ rệt.

Tên gọi khác của hợp chất này là peroxide. Ở dạng này nó được sử dụng trong y học. Dung dịch hydrat tinh thể 3% của hợp chất được đề cập là một loại thuốc y tế được sử dụng để điều trị các vết thương nhỏ nhằm mục đích khử trùng chúng. Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng điều này làm tăng thời gian lành vết thương.

Hydrogen peroxide cũng được sử dụng trong nhiên liệu tên lửa, trong công nghiệp để khử trùng và tẩy trắng, và làm chất tạo bọt để sản xuất các vật liệu thích hợp (ví dụ như bọt). Ngoài ra, peroxide còn giúp làm sạch bể cá, tẩy lông và làm trắng răng. Tuy nhiên, nó gây hại cho các mô nên không được các chuyên gia khuyên dùng cho mục đích này.

§3. Phương trình phản ứng và cách viết

Sự tương tác hydro Với ôxy, như Ngài Henry Cavendish đã xác định, dẫn đến sự hình thành nước. Hãy tiếp tục với nó ví dụ đơn giản hãy học cách sáng tác phương trình phản ứng hóa học.
Điều gì đến từ hydro Và ôxy, chúng ta đã biết:

H 2 + O 2 → H 2 O

Bây giờ chúng ta hãy tính đến việc các nguyên tử nguyên tố hóa học trong các phản ứng hóa học, chúng không biến mất và không xuất hiện từ hư không, không biến đổi thành nhau, mà kết hợp trong các kết hợp mới, hình thành các phân tử mới. Vì vậy trong phương trình phản ứng hóa học phải có cùng số nguyên tử của mỗi loại trước phản ứng ( bên trái từ dấu bằng) và sau đó kết thúc phản ứng ( bên phải từ dấu bằng), như thế này:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Đó là những gì nó là phương trình phản ứng - ghi lại có điều kiện một phản ứng hóa học đang diễn ra bằng cách sử dụng công thức của các chất và hệ số.

Điều này có nghĩa là trong phản ứng đã cho hai nốt ruồi hydro phải phản ứng với một nốt ruồi ôxy, và kết quả sẽ là hai nốt ruồi Nước.

Sự tương tác hydro Với ôxy- không phải là một quá trình đơn giản chút nào. Nó dẫn đến sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tố này. Để chọn các hệ số trong các phương trình như vậy, người ta thường sử dụng " cân điện tử".

Khi nước được hình thành từ hydro và oxy, điều đó có nghĩa là hydro thay đổi trạng thái oxy hóa của nó từ 0 trước +Tôi, MỘT ôxy- từ 0 trước −II. Trong trường hợp này, một số được truyền từ nguyên tử hydro sang nguyên tử oxy. (N)điện tử:

Các electron tặng hydro phục vụ ở đây chât khử, và các electron nhận oxy là chất oxy hóa.

Chất oxi hóa và chất khử


Bây giờ chúng ta hãy xem quá trình cho và nhận điện tử trông như thế nào. Hydro, khi gặp kẻ cướp oxy, mất hết tài sản - hai electron và trạng thái oxy hóa của nó trở nên bằng nhau +Tôi:

N 2 0 − 2 e− = 2Н +I

Đã xảy ra phương trình nửa phản ứng oxi hóa hydro.

Và tên cướp- ôxy Ô 2, sau khi đã lấy đi những electron cuối cùng từ hydro không may mắn, rất hài lòng với trạng thái oxy hóa mới của mình -II:

O2+4 e− = 2O −II

Cái này phương trình nửa phản ứng khửôxy.

Vẫn còn phải nói thêm rằng cả “kẻ cướp” và “nạn nhân” của hắn đều đã mất đi tính chất hóa học và được tạo ra từ các chất đơn giản - khí có phân tử hai nguyên tử H2 Và Ô 2đã trở thành thành phần của một cái mới chất hóa học - Nước H2O.

Hơn nữa, chúng ta sẽ lý luận như sau: chất khử đã nhường bao nhiêu electron cho kẻ cướp bị oxy hóa thì đó là số electron mà anh ta nhận được. Số electron do chất khử nhường phải bằng số electron mà chất oxy hóa nhận.

Vì vậy nó cần thiết cân bằng số lượng electron trong nửa phản ứng thứ nhất và thứ hai. Trong hóa học, dạng viết phương trình bán phản ứng thông thường sau đây được chấp nhận:

2 N 2 0 − 2 e− = 2Н +I

1 O 2 0 + 4 e− = 2O −II

Ở đây, số 2 và 1 bên trái dấu ngoặc nhọn là các yếu tố sẽ giúp đảm bảo số electron cho và nhận bằng nhau. Chúng ta hãy tính đến việc trong các phương trình nửa phản ứng có 2 electron được cho và 4 electron được chấp nhận. Để cân bằng số lượng electron được chấp nhận và cho trước, hãy tìm bội số chung nhỏ nhất và các thừa số bổ sung. Trong trường hợp của chúng tôi, bội số chung nhỏ nhất là 4. Các hệ số bổ sung cho hydro sẽ là 2 (4: 2 = 2) và đối với oxy - 1 (4: 4 = 1)
Các số nhân thu được sẽ đóng vai trò là hệ số của phương trình phản ứng trong tương lai:

2H 2 0 + O 2 0 = 2H 2 +I O −II

Hydro oxy hóa không chỉ khi gặp gỡ ôxy. Chúng tác dụng với hydro theo cách gần giống nhau. chất flo F 2, một halogen và một "kẻ cướp" nổi tiếng, và dường như vô hại nitơ N 2:

H 2 0 + F 2 0 = 2H +IF −I

3H 2 0 + N 2 0 = 2N −III H 3 +I

Trong trường hợp này hóa ra khí florua HF hoặc amoniac NH3.

Trong cả hai hợp chất, trạng thái oxy hóa là hydro trở nên bình đẳng +Tôi, bởi vì anh ta có được các đối tác phân tử “tham lam” hàng điện tử của người khác, có độ âm điện cao - chất flo F Và nitơ N. bạn nitơ giá trị của độ âm điện được coi là bằng ba đơn vị thông thường và florua Nói chung, độ âm điện cao nhất trong số tất cả các nguyên tố hóa học là bốn đơn vị. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi họ để nguyên tử hydro nghèo nàn đó mà không có bất kỳ môi trường điện tử nào.

Nhưng hydro Có lẽ khôi phục- Nhận electron. Điều này xảy ra nếu kim loại kiềm hoặc canxi, có độ âm điện thấp hơn hydro, tham gia phản ứng với nó.

Hydro. Tính chất, sản xuất, ứng dụng.

Tài liệu tham khảo lịch sử

Hydro là nguyên tố đầu tiên của PSHE D.I. Mendeleev.

Tên tiếng Nga của hydro có nghĩa là nó “sinh ra nước”; Latin " hydroi" có nghĩa là điều tương tự

Sự giải phóng khí dễ cháy trong quá trình tương tác của một số kim loại với axit lần đầu tiên được Robert Boyle và những người cùng thời với ông quan sát thấy vào nửa đầu thế kỷ 16.

Nhưng hydro chỉ được phát hiện vào năm 1766 bởi nhà hóa học người Anh Henry Cavendish, người đã chứng minh rằng khi kim loại phản ứng với axit loãng, một “không khí dễ cháy” nhất định sẽ được giải phóng. Bằng cách quan sát quá trình đốt cháy hydro trong không khí, Cavendish phát hiện ra rằng kết quả là nước xuất hiện. Đó là vào năm 1782.

Năm 1783, nhà hóa học người Pháp Antoine-Laurent Lavoisier đã tách hydro bằng cách phân hủy nước bằng sắt nóng. Năm 1789, hydro được giải phóng do sự phân hủy của nước dưới tác dụng của dòng điện.

Sự phổ biến trong tự nhiên

Hydro là nguyên tố chính của không gian. Ví dụ, Mặt trời bao gồm 70% khối lượng của nó là hydro. Có số nguyên tử hydro trong Vũ trụ nhiều gấp hàng chục nghìn lần so với tất cả nguyên tử của tất cả các kim loại cộng lại.

TRONG khí quyển của Trái đất Ngoài ra còn có một số hydro ở dạng chất đơn giản - khí có thành phần H 2. Hydro nhẹ hơn không khí rất nhiều nên được tìm thấy ở các tầng trên của khí quyển.

Nhưng trên Trái đất có nhiều hydro liên kết hơn: xét cho cùng, nó là một phần của nước, chất phức tạp phổ biến nhất trên hành tinh của chúng ta. Hydro liên kết vào các phân tử chứa cả dầu và khí tự nhiên, nhiều khoáng sản và đá. Hydro là một phần của tất cả các chất hữu cơ.

Đặc điểm của nguyên tố Hydro.

Hydro có tính chất kép; vì lý do này, trong một số trường hợp, hydro được xếp vào nhóm con của kim loại kiềm, và trong những trường hợp khác - thuộc nhóm con của halogen.


  • Cấu hình điện tử 1 giây 1 . Một nguyên tử hydro bao gồm một proton và một electron.

  • Nguyên tử hydro có khả năng mất electron và trở thành cation H +, về điểm này nó tương tự như các kim loại kiềm.

  • Nguyên tử hydro cũng có thể thêm một electron, do đó tạo thành anion H - về mặt này, hydro tương tự như halogen.

  • Luôn có hóa trị một trong hợp chất

  • CO: +1 và -1.

Tính chất vật lý của hydro

Hydro là chất khí, không màu, không vị, không mùi. Nhẹ hơn không khí 14,5 lần. Ít tan trong nước. Sở hữu độ dẫn nhiệt cao. Ở t= –253 °С nó hóa lỏng, ở t= –259 °С nó cứng lại. Các phân tử hydro nhỏ đến mức chúng có thể khuếch tán từ từ qua nhiều vật liệu - cao su, thủy tinh, kim loại, được sử dụng để làm sạch hydro khỏi các loại khí khác.

Có 3 đồng vị đã biết của hydro: - protium, - deuterium, - tritium. Phần chính của hydro tự nhiên là protium. Đơteri là một phần của nước nặng, được làm giàu bằng Nước ờ bề mặtđại dương. Tritium là một đồng vị phóng xạ.

Tính chất hóa học của hydro

Hydro là một phi kim loại và có cấu trúc phân tử. Một phân tử hydro bao gồm hai nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị không phân cực. Năng lượng liên kết trong phân tử hydro là 436 kJ/mol, điều này giải thích hoạt tính hóa học thấp của phân tử hydro.


  1. Tương tác với halogen. Ở nhiệt độ thường, hydro chỉ phản ứng với flo:
H2 + F2 = 2HF.

Với clo - chỉ dưới ánh sáng, tạo thành hydro clorua; với brom, phản ứng diễn ra kém mạnh mẽ hơn, nó không tiến triển hoàn toàn ngay cả ở nhiệt độ cao.


  1. Tương tác với oxy - khi đun nóng, khi đốt cháy phản ứng xảy ra nổ: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
Khí hiđro cháy trong khí oxi, tỏa một lượng nhiệt lớn. Nhiệt độ của ngọn lửa hydro-oxy là 2800 ° C.

Hỗn hợp gồm 1 phần oxy và 2 phần hydro là “hỗn hợp dễ nổ” và dễ nổ nhất.


  1. Tương tác với lưu huỳnh - khi đun nóng H2 + S = H2S.

  2. Tương tác với nitơ. Với nhiệt độ, áp suất cao và sự có mặt của chất xúc tác:
3H 2 + N 2 = 2NH 3.

  1. Tương tác với oxit nitric (II). Được dùng trong hệ thống làm sạch trong sản xuất axit nitric: 2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.

  2. Tương tác với oxit kim loại. Hydro là chất khử tốt; nó khử được nhiều kim loại khỏi oxit của chúng: CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

  3. Hydro nguyên tử là chất khử mạnh. Nó được hình thành từ một nguyên tố phân tử trong quá trình phóng điện trong điều kiện áp lực thấp. Có hoạt tính khử cao hydro tại thời điểm phát hành, được hình thành khi kim loại bị khử bằng axit.

  4. Sự tương tác kim loại hoạt động . Ở nhiệt độ cao, nó kết hợp với kim loại kiềm, kiềm thổ tạo thành chất kết tinh màu trắng - hydrua kim loại, có tính chất oxy hóa: 2Na + H 2 = 2NaH;
Ca + H2 = CaH2.

Sản xuất hydro

Trong phòng thí nghiệm:


  1. Tương tác của kim loại với dung dịch loãng của axit sunfuric và axit clohydric,
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H 2.

  1. Tương tác của nhôm hoặc silicon với dung dịch kiềm:
2Al + 2NaOH + 10H 2 O = 2Na + 3H 2;

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.

Trong công nghiệp:


  1. Điện phân dung dịch nước natri và kali clorua hoặc điện phân nước với sự có mặt của hydroxit:
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH;

2H 2 O = 2H 2 + O 2.


  1. Phương pháp chuyển đổi. Đầu tiên, khí nước thu được bằng cách cho hơi nước đi qua cốc nóng ở 1000 °C:
C + H 2 O = CO + H 2.

Sau đó carbon monoxide (II) bị oxy hóa thành carbon monoxide (IV) bằng cách cho hỗn hợp khí nước với hơi nước dư thừa qua chất xúc tác Fe 2 O 3 được nung nóng đến 400–450 ° C:

CO +H 2 O = CO 2 + H 2 .

Khí carbon monoxide (IV) thu được được hấp thụ bởi nước và 50% hydro công nghiệp được sản xuất theo cách này.


  1. Chuyển hóa metan: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2.
Phản ứng diễn ra với sự có mặt của chất xúc tác niken ở 800 ° C.

  1. Phân hủy nhiệt metan ở 1200°C: CH 4 = C + 2H 2.

  2. Làm lạnh sâu (xuống tới -196°C) khí lò cốc. Ở nhiệt độ này, tất cả các chất khí ngoại trừ hydro đều ngưng tụ.
Ứng dụng của hydro

Việc sử dụng hydro dựa trên các tính chất vật lý và hóa học của nó:


  • là một loại khí nhẹ, nó được dùng để bơm bóng bay (trộn với heli);

  • ngọn lửa oxy-hydro được sử dụng để thu được nhiệt độ cao khi hàn kim loại;

  • như một chất khử, nó được sử dụng để thu được kim loại (molypden, vonfram, v.v.) từ oxit của chúng;

  • để sản xuất amoniac và nhiên liệu lỏng nhân tạo, để hydro hóa chất béo.