Здавалка
Главная | Обратная связь

Фізичні властивості



ХІМІЯ S-ЕЛЕМЕНТІВ. ВОДЕНЬ

s-Елементами періодичної системи Д. І. Менделєєва називають елементи, в атомах яких валентними електронами є електрони S-підрівня зовнішнього рівня. До них належать елементи ІА і IIА груп та гелій.

Періодична система містить всього 14 S-елементів. S-Елементи виявляють лише позитивні ступені окиснення +1 для ІА групи і +2 для ІІА групи.

Водень

Водень — хімічний елемент І групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Електронна конфігурація атома водню в основному стані Is1. У зв'язку з цим його формально відносять до S-елементів і він є аналогом лужних металів. Як і лужні метали, водень може віддавати один електрон, утворюючи позитивно за ряджений іон Н+:

Н - е = Н+.

У твердому стані при —259 °С проводить електричний струм, у розчинах утворює гідратований позитивний однозарядний іон Н3О+

Виходячи з того, що для утворення стійкого двохелектронного стану атома водню не вистачає одного електрона, як і в атомах галогенів, водень необхідно віднести до VIІА групи. Дійсно, у гідридах лужних і лужноземельних металів водень, подібно до галогенів, виявляє ступінь окиснення —1. Водень схожий на галогени як за агрегатним станом, так і за складом молекули Е2,.

У зв'язку з тим, що водень не має дійсних елементів-аналогів внаслідок особливості будови його атома, цей елемент вивчають окремо.

Поширення у природі

Водень. один з найпоширеніших елементів не тільки на нашій планеті, але і у Всесвіті. З кожних 100 атомів, які входять до складу земної кори, 17 є атомами водню. В атмосфері Сонця вміст водню складає 75—85%. У вільному стані на Землі він зустрічається досить рідко. В атмосферу водень потрапляє при розкладанні деяких органічних речовин мікроорганізмами. Основна маса водню в земній корі міститься у вигляді хімічних сполук — води, вуглеводнів нафти і горючих газів. Водень входить до складу речовин, з яких складаються рослинні та тваринні організми.

Ізотопи водню

Водень має три ізотопи, тобто існує три види атомів, які мають однаковий заряд ядра (+1) і різну масу. Легкий ізотоп водню Н — протій містить в ядрі протон. Назва «протій» походить від слова «протос» — первинний, оскільки це головний ізотоп водню. Його вміст у природі серед інших ізотопів складає 99,98 %.

Ізотоп D називають дейтерієм. До складу ядра важкого ізотопу дейтерію крім протону входить нейтрон. Частка дейтерію в природних ізотопах водню складає 0,02 %. Воду, у складі якої замість протію міститься дейтерій D2O, називають важкою і використовують в ядерній енергетиці.

Ізотоп Т називають тритієм. Його масове число дорівнює 3,0170. До складу ядра тритію окрім протону входить два нейтрони. Він безперервно утворюється у верхніх шарах атмосфери при ядерних реакціях, під дією космічних променів. Радіоактивний ізотоп тритій має період напіврозкладу 12,4 року.

Тритій має важливе значення при здійсненні реакцій термоядерного синтезу. Його, зокрема, використовують у водневій бомбі. Реакція, яка перебігає при термоядерному вибухові, має вигляд:

D + Т= He + n

Ця реакція супроводжується виділенням надзвичайно великої кількості енергії.

Одержання

У лабораторних умовах водень одержують різними шляхами: взаємодією металу (найчастіше цинку) з соляною чи розведеною сірчаною кислотою (реакцію проводять в апараті Кіппа):

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + Н2 ­

взаємодією амфотерних металів з водними розчинами лугів:

2А1 + 6NaOH + 6Н2О = 2Na3[Al(OH)6 ] + ЗН2­;

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)6 ] + Н2­;

електролізом води. Для збільшення електропровідності води до неї додають луги чи сульфат лужного металу.

У промисловості водень одержують:

як побічний продукт при виробництві хлору і гідроксидів лужних металів електролізом розчинів їх хлоридів;

паровою конверсією метану чи легких вуглеводнів нафти над нікелевим каталізатором при температурі 800—850 °С:

СН4 + H2O « CO + ЗН2

потім у окремому реакторі при 300—350 °С монооксид вуглецю відновлює воду над залізним та мідним каталізаторами:

СО+Н2О «СО22.

Діоксид вуглецю, який при цьому утворюється, поглинають розчином лугу:

газифікацією твердого палива шляхом взаємодії водяної пари з розжареним вугіллям:

С + Н2О = CO + Н2

З утвореної суміші CO і Н2, яка має назву водяний газ, водень виділяють глибоким охолодженням.

Фізичні властивості

За звичайних умов молекулярний водень — безбарвний газ. без смаку і запаху. З усіх відомих газів він найлегший: у 14,32 рази легший за повітря.

Водень — газ, який важко скраплюється. Лише при температурі —240 °С і під тиском водень перетворюється на безбарвну рідину.

У зв'язку з тим, що зв'язок у молекулі водню ковалентний неполярний, він дуже мало розчиняється у полярних розчинниках. Так, при н. у. в 100 об'ємах Н2О розчиняється лише 2,15 об'єму Н2 . Водень добре розчиняється у багатьох металах: нікелі, платині, паладії та ін. Пояснюється це тим, що молекули водню мають малі розміри, тому добре дифундують усередину металу, при цьому більша його частина переходить до атомного стану і включається в міжатомний простір кристалічної решітки металу. Внаслідок цього підщипується реакційна здатність водню. Тому роздріблені метали використовують як каталізатори реакції гідрогенізації.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.