Ջրածին պարունակող միացությունների և դրանց բանաձևերի օրինակներ. Ջրածին. Ջրածնի կառուցվածքը և հատկությունները. Մետաղների և ոչ մետաղների ջրածնային միացություններ. Ջրածնի ռեակցիաները պարզ նյութերի հետ

ՄԻՆՍԿԻ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱՅԻ ԵՎ ԹԵԹԵՅՍ ԱՐԴՅՈՒՆԱԲԵՐՈՒԹՅԱՆ ԴԻԶԱՅՆԻ ՔՈԼԵՋ

Վերացական

մասնագիտություն՝ քիմիա

Թեմա՝ «Ջրածինը և նրա միացությունները»

Պատրաստեց՝ 1-ին կուրսի ուսանող 343 խումբ

Viskup Ելենա

Ստուգված է.Ալյաբիևա Ն.Վ.

Մինսկ 2009թ

Ջրածնի ատոմի կառուցվածքը պարբերական համակարգում

Օքսիդացման վիճակներ

Բնության մեջ տարածվածություն

Ջրածինը որպես պարզ նյութ

Ջրածնի միացություններ

Հղումներ

Ջրածնի ատոմի կառուցվածքը պարբերական համակարգում

Առաջին տարր պարբերական աղյուսակ(1-ին շրջան, սերիական համար 1): Այն չունի ամբողջական անալոգիա այլ քիմիական տարրերի հետ և չի պատկանում որևէ խմբի, հետևաբար աղյուսակներում այն ​​պայմանականորեն դրված է IA և/կամ VIIA խմբում։

Ջրածնի ատոմը բոլոր տարրերի ատոմներից ամենափոքրն ու թեթևն է։ Ատոմի էլեկտրոնային բանաձևը 1ս 1 է։ Ազատ վիճակում տարրի գոյության սովորական ձևը երկատոմային մոլեկուլն է։

Օքսիդացման վիճակներ

Ավելի շատ էլեկտրաբացասական տարրեր ունեցող միացություններում ջրածնի ատոմը դրսևորում է +1 օքսիդացման աստիճան, օրինակ՝ HF, H 2 O և այլն։ Իսկ մետաղների հիդրիդներով միացություններում ջրածնի ատոմի օքսիդացման աստիճանը -1 է, օրինակ՝ NaH, CaH։ 2 և այլն: Այն ունի էլեկտրաբացասական արժեք, որը միջանկյալ է բնորոշ մետաղների և ոչ մետաղների միջև: Կարող է կատալիտիկ կերպով նվազեցնել օրգանական լուծիչներում առկա շատ օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են քացախաթթուն կամ ալկոհոլը. չհագեցած միացությունները հագեցվածների, նատրիումի որոշ միացություններ՝ ամոնիակի կամ ամինների:

Բնության մեջ տարածվածություն

Բնական ջրածինը բաղկացած է երկուսից կայուն իզոտոպներ- protium 1 H, deuterium 2 H և tritium 3 N: Հակառակ դեպքում, դեյտերիումը նշանակվում է որպես D, իսկ տրիտիումը որպես T: Հնարավոր են տարբեր համակցություններ, օրինակ NT, HD, TD, H 2, D 2, T 2: Ջրածինը բնության մեջ ավելի տարածված է ծծմբի (H 2 S), թթվածնի (ջրի տեսքով), ածխածնի, ազոտի և քլորի հետ տարբեր միացությունների տեսքով։ Ավելի քիչ հաճախ ֆոսֆորի, յոդի, բրոմի և այլ տարրերով միացությունների տեսքով: Այն բոլոր բուսական և կենդանական օրգանիզմների, նավթի, հանածո ածուխների, բնական գազի և մի շարք օգտակար հանածոների և ապարների մի մասն է։ Ազատ վիճակում այն ​​շատ հազվադեպ է հանդիպում փոքր քանակությամբ՝ հրաբխային գազերում և օրգանական մնացորդների քայքայման արտադրանքներում։ Ջրածինը Տիեզերքի ամենաառատ տարրն է (մոտ 75%)։ Այն Արեգակի և աստղերի մեծ մասի, ինչպես նաև Յուպիտեր և Սատուրն մոլորակների բաղկացուցիչն է, որոնք հիմնականում կազմված են ջրածնից։ Որոշ մոլորակների վրա ջրածինը կարող է գոյություն ունենալ պինդ ձևով։

Ջրածինը որպես պարզ նյութ

Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք միացված են կովալենտային ոչ բևեռային կապով։ Ֆիզիկական հատկություններ- գազ առանց գույնի և հոտի. Այն տարածվում է ավելի արագ, քան մյուս գազերը տարածության մեջ, անցնում փոքր ծակոտիներով և բարձր ջերմաստիճաններհամեմատաբար հեշտությամբ թափանցում է պողպատ և այլ նյութեր: Ունի բարձր ջերմահաղորդություն։

Քիմիական հատկություններ . Իր նորմալ վիճակում ցածր ջերմաստիճանում այն ​​ոչ ակտիվ է, առանց տաքացման (լույսի առկայության) արձագանքում է ֆտորին և քլորին.

H 2 + Cl 2 hv 2HCl

Այն ավելի ակտիվ է փոխազդում ոչ մետաղների հետ, քան մետաղների հետ։

Տարբեր նյութերի հետ շփվելիս այն կարող է դրսևորել ինչպես օքսիդատիվ, այնպես էլ վերականգնող հատկություններ.

Ջրածնի միացություններ

Ջրածնի միացություններից մեկը հալոգեններն են։ Դրանք առաջանում են, երբ ջրածինը միավորվում է VIIA խմբի տարրերի հետ։ HF, HCl, HBr և HI են անգույն գազեր, շատ լուծելի է ջրում։

Cl 2 + H 2 O HClO + HCl; HClO-քլոր ջուր

Քանի որ HBr-ը և HI-ն տիպիկ վերականգնող նյութեր են, դրանք հնարավոր չէ ստանալ փոխանակման ռեակցիաինչպես HCl.

CaF 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2HF

Ջուրը բնության մեջ ամենատարածված ջրածնային միացությունն է:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Այն չունի գույն, համ, հոտ: Շատ թույլ էլեկտրոլիտ է, բայց ակտիվորեն փոխազդում է բազմաթիվ մետաղների և ոչ մետաղների, հիմնային և թթվային օքսիդների հետ:

2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2

H 2 O + BaO = Ba(OH) 2

3 H 2 O + P 2 O 5 = 2H 3 PO 4

Ծանր ջուրը (D 2 O) ջրի իզոտոպային բազմազանություն է: Ծանր ջրում նյութերի լուծելիությունը շատ ավելի քիչ է, քան սովորական ջրում։ Ծանր ջուրը թունավոր է, քանի որ այն դանդաղեցնում է կենդանի օրգանիզմների կենսաբանական գործընթացները։ Կուտակվում է էլեկտրոլիզի մնացորդում ջրի կրկնակի էլեկտրոլիզի ժամանակ: Օգտագործվում է որպես հովացուցիչ նյութ և նեյտրոնային մոդերատոր միջուկային ռեակտորներում:

Հիդրիդներ - ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների հետ (բարձր ջերմաստիճաններում) կամ ոչ մետաղների հետ, որոնք ավելի քիչ էլեկտրաբացասական են, քան ջրածինը:

Si + 2H 2 = SiH 4

Ինքը՝ ջրածինը, հայտնաբերվել է 16-րդ դարի առաջին կեսին։ Պարացելսուս. 1776թ.-ին Գ.Քավենդիշը առաջին անգամ ուսումնասիրեց նրա հատկությունները 1783-1787թթ.-ին Ա.Լավուազիեն ցույց տվեց, որ ջրածինը ջրի մաս է, ներառեց այն քիմիական տարրերի ցանկում և առաջարկեց «ջրածին» անվանումը:

Հղումներ

Մ.Բ. Վոլովիչ, Օ.Ֆ. Կաբարդին, Ռ.Ա. Լիդին, Լ.Յու. Ալիկբերովա, Վ.Ս. Ռոխլովը, Վ.Բ. Պյատոնին, Յու.Ա. Simagin, S.V. Simonovich/Schoolchildren’s Handbook/Moscow «AST-PRESS BOOK» 2003 թ.

Ի.Լ. Կնունյաց / Քիմիական հանրագիտարան / Մոսկվա «Սովետական ​​հանրագիտարան» 1988 թ.

Ի.Է. Շիմանովիչ / Քիմիա 11 / Մինսկ «Ժողովրդական Ասվետա» 2008 թ.

F. Cotton, J. Wilkinson/Modern անօրգանական քիմիա/ Մոսկվա «Խաղաղություն» 1969 թ

• Նշանակում - H (Ջրածին);
• Լատինական անուն - Hydrogenium;
• Ժամանակաշրջան - I;
• Խումբ - 1 (Ia);
• Ատոմային զանգված - 1,00794;
• Ատոմային համարը - 1;
• Ատոմային շառավիղ = 53 pm;
• Կովալենտ շառավիղ = 32 pm;
• Էլեկտրոնների բաշխում - 1s 1;
• հալման ջերմաստիճանը = -259,14 ° C;
• եռման կետ = -252,87 ° C;
• Էլեկտրոնեգատիվություն (ըստ Պաուլինգի/ըստ Ալպրեդի և Ռոչովի) = 2.02/-;
• Օքսիդացման վիճակը՝ +1; 0; -1;
• Խտություն (ոչ.) = 0.0000899 գ / սմ 3;
• Մոլային ծավալը = 14,1 սմ 3 /մոլ.

Թթվածնի հետ ջրածնի երկուական միացություններ.

Ջրածինը («ջուր ծնունդ») հայտնաբերվել է անգլիացի գիտնական Գ. Քավենդիշի կողմից 1766 թ. Այն բնության ամենապարզ տարրն է. ջրածնի ատոմն ունի միջուկ և մեկ էլեկտրոն, այդ պատճառով, հավանաբար, ջրածինը Տիեզերքի ամենաառատ տարրն է (կազմում է աստղերի մեծ մասի զանգվածի կեսից ավելին):

Ջրածնի մասին կարելի է ասել, որ «կծիկը փոքր է, բայց թանկ»։ Չնայած իր «պարզությանը», ջրածինը էներգիա է տալիս Երկրի վրա գտնվող բոլոր կենդանի էակներին. Արեգակի վրա տեղի է ունենում շարունակական ջերմամիջուկային ռեակցիա, որի ընթացքում ջրածնի չորս ատոմներից ձևավորվում է հելիումի մեկ ատոմ, այս գործընթացը ուղեկցվում է հսկայական էներգիայի արտազատմամբ: (Լրացուցիչ մանրամասների համար տե՛ս Միջուկային միաձուլում):

IN երկրի ընդերքը զանգվածային բաժինջրածինը կազմում է ընդամենը 0,15%: Մինչդեռ Երկրի վրա բոլոր հայտնիների ճնշող թիվը (95%) քիմիական նյութերպարունակում է մեկ կամ ավելի ջրածնի ատոմ:

Ոչ մետաղների հետ միացություններում (HCl, H 2 O, CH 4 ...) ջրածինը տալիս է իր միակ էլեկտրոնը ավելի էլեկտրաբացասական տարրերին, ցուցադրելով +1 օքսիդացման աստիճան (ավելի հաճախ), ձևավորելով միայն կովալենտային կապեր(տես Կովալենտային կապ):

Մետաղների հետ միացություններում (NaH, CaH 2 ...), ջրածինը, ընդհակառակը, ընդունում է մեկ այլ էլեկտրոն իր միակ s-ուղեծրում, այդպիսով փորձելով լրացնել իր էլեկտրոնային շերտը, ցուցադրելով -1 օքսիդացման վիճակ (ավելի հազվադեպ), հաճախ առաջացնելով իոնային կապ (տես Իոնային կապ), քանի որ ջրածնի ատոմի և մետաղի ատոմի էլեկտրաբացասականության տարբերությունը կարող է բավականին մեծ լինել։

Հ 2

IN գազային վիճակջրածինը գոյություն ունի երկատոմային մոլեկուլների տեսքով՝ ձևավորելով ոչ բևեռային կովալենտային կապ։

Ջրածնի մոլեկուլներն ունեն.

• մեծ շարժունակություն;
• մեծ ուժ;
• ցածր բևեռացում;
• փոքր չափը և քաշը:

Ջրածնի գազի հատկությունները.

• բնության մեջ ամենաթեթև գազը՝ անգույն և առանց հոտի;
• վատ լուծվող ջրի և օրգանական լուծիչների մեջ;
• փոքր քանակությամբ լուծվում է հեղուկ և պինդ մետաղներում (հատկապես պլատինում և պալադիումում);
• դժվար է հեղուկացնել (դրա ցածր բևեռացման պատճառով);
• ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը բոլոր հայտնի գազերից.
• երբ տաքանում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ ոչ մետաղների հետ՝ ցուցադրելով վերականգնող նյութի հատկություններ.
• սենյակային ջերմաստիճանում այն ​​արձագանքում է ֆտորին (պայթյուն է տեղի ունենում). H 2 + F 2 = 2HF;
• փոխազդում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ ցուցաբերելով օքսիդացնող հատկություններ՝ H 2 + Ca = CaH 2 ;

Միացություններում ջրածինը շատ ավելի ուժեղ է ցուցադրում իր վերականգնող հատկությունները, քան օքսիդացնող հատկությունները։ Ջրածինը ածուխից, ալյումինից և կալցիումից հետո ամենահզոր վերականգնող նյութն է: Ջրածնի վերականգնող հատկությունները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ՝ օքսիդներից և գալլիդներից մետաղներ և ոչ մետաղներ (պարզ նյութեր) ստանալու համար։

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Ջրածնի ռեակցիաները պարզ նյութերի հետ

Ջրածինը ընդունում է էլեկտրոն՝ դեր խաղալով նվազեցնող միջոց, ռեակցիաներում.

• Հետ թթվածին(բռնկվելիս կամ կատալիզատորի առկայության դեպքում) 2:1 հարաբերակցությամբ (ջրածին:թթվածին) առաջանում է պայթուցիկ պայթեցնող գազ՝ 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ.
• Հետ մոխրագույն(երբ տաքացվում է մինչև 150°C-300°C)՝ H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Հետ քլորին(երբ բոցավառվում կամ ճառագայթվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով). H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• Հետ ֆտորին H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• Հետ ազոտ(կատալիզատորների առկայությամբ կամ բարձր ճնշման դեպքում տաքացնելիս)՝ 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Ջրածինը նվիրում է էլեկտրոն՝ դեր խաղալով օքսիդացնող նյութհետ ռեակցիաներում ալկալայինԵվ ալկալային երկիրմետաղներ՝ մետաղական հիդրիդների ձևավորմամբ՝ աղի նման իոնային միացություններ, որոնք պարունակում են հիդրիդային իոններ H, սրանք անկայուն սպիտակ բյուրեղային նյութեր են:

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Ջրածնի համար բնորոշ չէ -1 օքսիդացման վիճակ: Ջրի հետ փոխազդելիս հիդրիդները քայքայվում են՝ ջուրը վերածելով ջրածնի։ Կալցիումի հիդրիդի արձագանքը ջրի հետ հետևյալն է.

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Ջրածնի ռեակցիաները բարդ նյութերի հետ

• բարձր ջերմաստիճաններում ջրածինը նվազեցնում է բազմաթիվ մետաղների օքսիդներ՝ ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• մեթիլ սպիրտ ստացվում է ջրածնի ածխածնի երկօքսիդի (II) ռեակցիայի արդյունքում՝ 2H 2 +CO → CH 3 OH.
• Ջրածինացման ռեակցիաներում ջրածինը փոխազդում է բազմաթիվ օրգանական նյութերի հետ։

Ջրածնի և նրա միացությունների քիմիական ռեակցիաների հավասարումները ավելի մանրամասն քննարկվում են «Ջրածինը և նրա միացությունները. ջրածնի հետ կապված քիմիական ռեակցիաների հավասարումներ» էջում։

Ջրածնի կիրառությունները

• Վ միջուկային էներգիաՕգտագործվում են ջրածնի իզոտոպներ՝ դեյտերիում և տրիտում;
• Քիմիական արդյունաբերության մեջ ջրածինը օգտագործվում է շատերի սինթեզի համար օրգանական նյութեր, ամոնիակ, ջրածնի քլորիդ;
• Վ սննդի արդյունաբերությունջրածինը օգտագործվում է պինդ ճարպերի արտադրության մեջ՝ բուսական յուղերի հիդրոգենացման միջոցով.
• Մետաղների եռակցման և կտրման համար օգտագործվում է թթվածնի մեջ ջրածնի բարձր այրման ջերմաստիճանը (2600°C);
• որոշ մետաղների արտադրության մեջ ջրածինը օգտագործվում է որպես վերականգնող նյութ (տես վերևում);
• քանի որ ջրածինը թեթև գազ է, այն օգտագործվում է օդագնացության մեջ՝ որպես օդապարիկների, աերոստատների և օդանավերի լցոնիչ;
• Ջրածինը օգտագործվում է որպես CO-ի հետ խառնված վառելիք:

IN վերջերսգիտնականները մեծ ուշադրություն են դարձնում որոնմանը այլընտրանքային աղբյուրներվերականգնվող էներգիա: մեկը խոստումնալից ուղղություններ«ջրածնի» էներգիան է, որում որպես վառելիք օգտագործվում է ջրածինը, որի այրման արտադրանքը սովորական ջուրն է։

Ջրածնի արտադրության մեթոդներ

Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներ.

• մեթանի փոխակերպում (ջրի գոլորշիների կատալիտիկ նվազեցում) ջրի գոլորշիով բարձր ջերմաստիճանում (800°C) նիկելի կատալիզատորի վրա՝ CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• ածխածնի երկօքսիդի փոխակերպումը ջրային գոլորշիով (t=500°C) Fe 2 O 3 կատալիզատորի վրա՝ CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• ջերմային տարրալուծումմեթան՝ CH 4 = C + 2H 2;
• պինդ վառելիքի գազաֆիկացում (t=1000°C)՝ C + H 2 O = CO + H 2;
• ջրի էլեկտրոլիզ (շատ թանկ մեթոդ, որն արտադրում է շատ մաքուր ջրածին). 2H 2 O → 2H 2 + O 2:

Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

• ազդեցություն մետաղների վրա (սովորաբար ցինկ) աղաթթվի կամ նոսր ծծմբաթթվի հետ. Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• ջրի գոլորշիների փոխազդեցությունը տաք երկաթի թելերի հետ՝ 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2:

1. Ջրածին. Ընդհանուր բնութագրեր

Ջրածինը H-ն պարբերական աղյուսակի առաջին տարրն է, Տիեզերքի ամենատարածված տարրը (92%); երկրակեղևում ջրածնի զանգվածային բաժինը կազմում է ընդամենը 1%:

Այն առաջին անգամ մեկուսացվել է իր մաքուր տեսքով Գ.Քավենդիշի կողմից 1766թ.. 1787թ. Ա.Լավուազեն ապացուցեց, որ ջրածինը քիմիական տարր.
Ջրածնի ատոմը բաղկացած է միջուկից և մեկ էլեկտրոնից։ Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա - 1S1: Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է։ Կապը կովալենտային ոչ բևեռ է:
Ատոմային շառավիղ - (0,08 նմ);
իոնացման ներուժ (PI) - (13.6 eV);
էլեկտրաբացասականություն (EO) - (2.1);
օքսիդացման վիճակ - (-1; +1):

2. Ջրածին պարունակող միացությունների օրինակներ
HCL, H2O, H2S04 և այլն:

Այս առաջադրանքում պետք է տալ ջրածնի տարրի ընդհանուր նկարագրությունը:

Ինչպես կատարել այս առաջադրանքը

• Գրե՛ք ջրածնի տարրի գտնվելու վայրը քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակում;
• Նկարագրեք այս քիմիական տարրը;
• Գրե՛ք ջրածին պարունակող միացությունները:

Ջրածինը հետեւյալ միացությունն է

Ջրածին - տարրերի պարբերական աղյուսակի առաջին տարրն է, որը նշվում է խորհրդանիշով Հ. Այս տարրը առաջին խմբում է հիմնական ենթախումբ, ինչպես նաև առաջին փոքր ժամանակահատվածում հիմնական ենթախմբի յոթերորդ խումբը։

Իր շատ փոքր ատոմային զանգվածի պատճառով ջրածինը համարվում է ամենաթեթև տարրը։ Բացի այդ, նրա խտությունը նույնպես շատ ցածր է, ուստի այն նաև թեթևության չափանիշ է: Հետևաբար, օրինակ, ջրածնով լցված օճառի փուչիկները հակված են օդ բարձրանալու։

Դա մեր մոլորակի և նրա սահմաններից դուրս ամենատարածված նյութն է: Ի վերջո, գրեթե բոլոր միջաստղային տարածությունն ու աստղերը կազմված են հենց այս միացությունից:

Ջրածին պարունակող միացությունների մի քանի հիմնական տեսակներ կան.

• Ջրածնի հալոգենիդներ, ինչպիսիք են HCl, HI, HF և այլն: Այսինքն՝ ունենալով ընդհանուր բանաձեւ HHal.
• Ոչ մետաղների ցնդող ջրածնային միացություններ՝ H2S, CH4:
• Հիդրիդներ՝ NaH, LiH:
• Հիդրօքսիդներ, թթուներ՝ NaOH, HCl:
• Ջրածնի հիդրօքսիդ՝ H2O:
• Ջրածնի պերօքսիդ՝ H2O:
• Բազմաթիվ օրգանական միացություններ՝ ածխաջրածիններ, սպիտակուցներ, ճարպեր, լիպիդներ, վիտամիններ, հորմոններ, եթերայուղեր և այլն։

Ընդհանրացման սխեման «ՋՐԱԾԻՆ»

Ի. Ջրածինը քիմիական տարր է

ա) Պաշտոն PSHE-ում

• սերիական համարը թիվ 1
• ժամանակաշրջան 1
• խումբ I (հիմնական ենթախումբ «Ա»)
• հարաբերական զանգված Ar(H)=1
• Լատինական անուն Hydrogenium (ջուր ծնունդ)

բ) Ջրածնի տարածվածությունը բնության մեջ

Ջրածինը քիմիական տարր է։	Երկրի ընդերքում(լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) – 1% քաշով (10-րդ տեղ բոլոր տարրերի մեջ)
	ՄԹՆՈԼՈՐՏ - 0,0001% ատոմների քանակով
	Տիեզերքի ամենատարածված տարրը – Բոլոր ատոմների 92%-ը (հիմնական բաղադրիչաստղեր և միջաստղային գազ)

Ջրածինը քիմիական նյութ է տարր	Կապերի մեջ	H 2 O - ջուր(11% ըստ քաշի)
		CH 4 - մեթան գազ(25% ըստ քաշի)
		Օրգանական նյութեր(նավթ, դյուրավառ բնական գազեր և այլն) Կենդանական և բուսական օրգանիզմներում(այսինքն՝ ներս սպիտակուցի կազմը, նուկլեինաթթուներ, ճարպեր, ածխաջրեր և այլն) Մարդու մարմնումմիջինում պարունակում է մոտ 7 կիլոգրամ ջրածին։

գ) Ջրածնի վալենտությունը միացություններում

II. Ջրածինը պարզ նյութ է (H 2)

Անդորրագիր

1. Լաբորատորիա (Kipp ապարատ) Ա) Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ. Zn+ 2HCl = ZnCl 2 + H 2 աղ Բ) փոխազդեցություն ակտիվ մետաղներջրով: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 հիմք

2. Արդյունաբերություն · Ջրի էլեկտրոլիզ էլ ընթացիկ 2H 2 O = 2H 2 + O 2 · Բնական գազից t,Ni CH 4 + 2H 2 O=4H 2 +CO 2

Բնության մեջ ջրածնի հայտնաբերում.

Ջրածինը տարածված է բնության մեջ, նրա պարունակությունը երկրակեղևում (լիթոսֆերա և հիդրոսֆերա) կազմում է 1% զանգվածային և 16% ատոմների քանակով։ Ջրածինը Երկրի վրա ամենատարածված նյութի մի մասն է՝ ջուրը (ջրածնի 11,19%-ը զանգվածով), միացությունների բաղադրության մեջ, որոնք կազմում են ածուխ, նավթ, բնական գազեր, կավ, ինչպես նաև կենդանական և բուսական օրգանիզմներ (այսինքն՝ սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների, ճարպերի, ածխաջրերի բաղադրությունը և այլն): Ջրածինը չափազանց հազվադեպ է իր ազատ վիճակում, այն փոքր քանակությամբ հանդիպում է հրաբխային և այլ բնական գազերում: Մթնոլորտում առկա են ազատ ջրածնի փոքր քանակություններ (0,0001% ըստ ատոմների քանակի): Երկրի մերձակայքում ջրածինը պրոտոնների հոսքի տեսքով կազմում է Երկրի ներքին («պրոտոն») ճառագայթային գոտին։ Տիեզերքում ջրածինը ամենաառատ տարրն է։ Պլազմայի տեսքով այն կազմում է Արեգակի և աստղերի մեծ մասի զանգվածի մոտ կեսը, միջաստղային միջավայրի և գազային միգամածությունների գազերի մեծ մասը։ Ջրածինը առկա է մի շարք մոլորակների մթնոլորտում և գիսաստղերում՝ ազատ H 2, մեթան CH 4, ամոնիակ NH 3, ջրի H 2 O և ռադիկալների տեսքով։ Պրոտոնների հոսքի տեսքով Ջրածինը Արեգակի կորպուսուլյար ճառագայթման և տիեզերական ճառագայթների մի մասն է։

Ջրածնի երեք իզոտոպ կա.
ա) թեթև ջրածին` պրոտիում,
բ) ծանր ջրածին – դեյտերիում (D),
գ) գերծանր ջրածին – տրիտում (T):

Տրիտիումը անկայուն (ռադիոակտիվ) իզոտոպ է, ուստի այն գործնականում չի հանդիպում բնության մեջ։ Դեյտերիումը կայուն է, բայց շատ փոքր է՝ 0,015% (բոլոր ցամաքային ջրածնի զանգվածից)։

Ջրածնի վալենտությունը միացություններում

Միացություններում ջրածինը դրսևորում է վալենտությունԻ.

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածին (H 2) պարզ նյութը գազ է, օդից ավելի թեթև, անգույն, անհոտ, անհամ, եռման ջերմաստիճանը = – 253 0 C, ջրածինը ջրում անլուծելի է, դյուրավառ։ Ջրածինը կարելի է հավաքել փորձանոթից կամ ջրից օդը տեղահանելով: Այս դեպքում փորձանոթը պետք է գլխիվայր շրջել:

Ջրածնի արտադրություն

Լաբորատորիայում ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ջրածին

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2:

Ցինկի փոխարեն կարելի է օգտագործել երկաթ, ալյումին և որոշ այլ մետաղներ, իսկ ծծմբաթթվի փոխարեն՝ մի քանի այլ նոսր թթուներ։ Ստացված ջրածինը հավաքվում է փորձանոթում ջրի տեղահանմամբ (տես նկ. 10.2 բ) կամ պարզապես շրջված կոլբայի մեջ (նկ. 10.2 ա):

Արդյունաբերության մեջ ջրածինը մեծ քանակությամբ արտադրվում է բնական գազից (հիմնականում մեթանից)՝ նիկելի կատալիզատորի առկայության դեպքում ջրի գոլորշու հետ փոխազդելով 800 °C ջերմաստիճանում.

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 (t, Ni)

կամ բարձր ջերմաստիճանում ածուխը մշակել ջրային գոլորշիով.

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2: (t)

Մաքուր ջրածինը ստացվում է ջրից՝ այն քայքայելով էլեկտրական ցնցում(էլեկտրոլիզի ենթարկված).

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (էլեկտրոլիզ):

Կառուցվածքը և ֆիզիկական հատկություններջրածինըՋրածինը երկատոմային գազ է H2: Ոչ գույն ունի, ոչ հոտ։ Սա ամենաթեթև գազն է։ Այս հատկության շնորհիվ այն օգտագործվել է օդապարիկների, օդանավերի և նմանատիպ սարքերում, սակայն այդ նպատակների համար ջրածնի լայնածավալ օգտագործումը խոչընդոտվում է օդի հետ խառնվելիս դրա պայթյունավտանգությամբ:

Ջրածնի մոլեկուլները ոչ բևեռ են և շատ փոքր, ուստի նրանց միջև փոխազդեցությունը քիչ է: Այս առումով նա ունի շատ ցածր ջերմաստիճաններհալման (-259оС) և եռման (-253оС): Ջրածինը գործնականում չի լուծվում ջրում։

Ջրածինը ունի 3 իզոտոպ՝ սովորական 1H, դեյտերիում 2H կամ D, և ռադիոակտիվ տրիտում 3H կամ T։ Ջրածնի ծանր իզոտոպները եզակի են նրանով, որ դրանք 2 կամ նույնիսկ 3 անգամ ավելի ծանր են, քան սովորական ջրածինը։ Այդ իսկ պատճառով սովորական ջրածնի փոխարինումը դեյտերիումով կամ տրիտումով նկատելիորեն ազդում է նյութի հատկությունների վրա (օրինակ՝ սովորական ջրածնի H2-ի և դեյտերիումի D2-ի եռման կետերը տարբերվում են 3,2 աստիճանով)։ Ջրածնի փոխազդեցությունը պարզ նյութեր Ջրածինը միջին էլեկտրաբացասականության ոչ մետաղ է։ Հետեւաբար, այն ունի և՛ օքսիդացնող, և՛ նվազեցնող հատկություն։

Ջրածնի օքսիդացնող հատկությունները դրսևորվում են տիպիկ մետաղների՝ պարբերական համակարգի I-II խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրերի հետ ռեակցիաներում։ Առավել ակտիվ մետաղները (ալկալիները և ալկալային հողերը) ջրածնով տաքացնելիս տալիս են հիդրիդներ՝ բյուրեղային ցանցում հիդրիդային իոն H- պարունակող պինդ աղ նման նյութեր։ 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2Ջրածնի վերականգնող հատկությունները դրսևորվում են ավելի բնորոշ ոչ մետաղների ռեակցիաներում, քան ջրածինը. 1) փոխազդեցություն հալոգենների հետ H2 + F2 = 2HF

Ֆտորի անալոգների՝ քլորի, բրոմի, յոդի հետ փոխազդեցությունն ընթանում է նույն կերպ։ Քանի որ հալոգենի ակտիվությունը նվազում է, ռեակցիայի ինտենսիվությունը նվազում է։ Ֆտորի հետ ռեակցիան սովորական պայմաններում պայթուցիկ է լինում, քլորի հետ ռեակցիան պահանջում է լույս կամ տաքացում, իսկ յոդի հետ ռեակցիան տեղի է ունենում միայն ուժեղ տաքացման դեպքում և շրջելի է։ 2) փոխազդեցություն թթվածնի հետ 2H2 + O2 = 2H2O Ռեակցիան ընթանում է ջերմության մեծ արտանետմամբ, երբեմն՝ պայթյունով։ 3) փոխազդեցություն ծծմբի հետ H2 + S = H2S Ծծումբը շատ ավելի քիչ ակտիվ ոչ մետաղ է, քան թթվածինը, և ջրածնի հետ փոխազդեցությունը հանգիստ է ընթանում:b 4) փոխազդեցություն ազոտի հետ 3H2 + N2↔ 2NH3 Ռեակցիան շրջելի է և նկատելի չափով տեղի է ունենում միայն կատալիզատորի առկայության դեպքում, երբ տաքացվում է և ճնշման տակ: Ապրանքը կոչվում է ամոնիակ: 5) փոխազդեցություն ածխածնի հետ C + 2H2↔ CH4 Ռեակցիան տեղի է ունենում էլեկտրական աղեղով կամ շատ բարձր ջերմաստիճաններում։ Այլ ածխաջրածիններ նույնպես ձևավորվում են որպես կողմնակի արտադրանք: 3. Ջրածնի փոխազդեցությունը հետ բարդ նյութեր Ջրածինը նաև վերականգնող հատկություն է ցուցաբերում բարդ նյութերի հետ ռեակցիաներում. ; CuO + H2 Cu + H2O Ջրածինը օգտագործվում է որպես վերականգնող նյութ՝ օքսիդ հանքաքարերից մետաղներ հանելու համար։ Ռեակցիաները տեղի են ունենում տաքացման ժամանակ. 2) ավելացում չհագեցած օրգանական նյութերին. С2Н4 + Н2(t;p)→ С2Н6 Ռեակցիաները տեղի են ունենում կատալիզատորի առկայությամբ և ճնշման տակ։ Ջրածնի այլ ռեակցիաներին առայժմ չենք անդրադառնա։ 4. Ջրածնի արտադրությունԱրդյունաբերության մեջ ջրածինը արտադրվում է ածխաջրածնային հումքի վերամշակմամբ՝ բնական և հարակից գազ, կոքս և այլն։ Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներ.

1) Մետաղների փոխազդեցությունը, որոնք գտնվում են ջրածնից ձախ մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում թթուների հետ. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl = MgCl2 + H22) Մետաղների փոխազդեցությունը մագնեզիումից ձախ գտնվող մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում, սառը ջուր. Սա նաև ալկալի է արտադրում:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Մետաղը, որը գտնվում է մանգանից ձախ կողմում գտնվող մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում, կարող է որոշակի պայմաններում ջրածինը հեռացնել ջրից (մագնեզիում - տաք ջրից, ալյումին - պայմանով, որ օքսիդ թաղանթը հեռացվի մակերեսից):

Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2

Մետաղը, որը գտնվում է կոբալտից ձախ կողմում գտնվող մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում, ունակ է ջրածինը տեղահանել ջրի գոլորշիներից: Սա նաև օքսիդ է արտադրում:

3Fe + 4H2Ovapor Fe3O4 + 4H23) Մետաղների փոխազդեցությունը, որոնց հիդրօքսիդները ամֆոտեր են ալկալային լուծույթների հետ.

Մետաղները, որոնց հիդրօքսիդները ամֆոտեր են, տեղահանում են ջրածինը ալկալային լուծույթներից: Դուք պետք է իմանաք 2 այդպիսի մետաղ՝ ալյումին և ցինկ.

2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na + + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

Այս դեպքում, բարդ աղեր- հիդրոքսոալյումինատներ և հիդրոքսինատներ.

Մինչ այժմ թվարկված բոլոր մեթոդները հիմնված են նույն գործընթացի վրա՝ մետաղի օքսիդացում ջրածնի ատոմով +1 օքսիդացման վիճակում.

М0 + nН+ = Мn+ + n/2 H2

4) ակտիվ մետաղների հիդրիդների փոխազդեցությունը ջրի հետ.

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

Այս գործընթացը հիմնված է ջրածնի փոխազդեցության վրա -1 օքսիդացման վիճակում ջրածնի հետ +1 օքսիդացման վիճակում.

5) էլեկտրոլիզ ջրային լուծույթներալկալիներ, թթուներ, որոշ աղեր.

2H2O 2H2 + O2

5. Ջրածնի միացություններ Ձախ կողմում գտնվող այս աղյուսակում տարրերի բջիջները, որոնք կազմում են ջրածնի հետ իոնային միացություններ՝ հիդրիդներ, ընդգծված են բաց ստվերով: Այս նյութերը պարունակում են հիդրիդ իոն H-: Դրանք պինդ, անգույն, աղի նման նյութեր են և փոխազդում են ջրի հետ՝ արտազատելով ջրածին։

IV-VII խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրերը ջրածնով միացություններ են կազմում մոլեկուլային կառուցվածքը. Երբեմն դրանք նաև կոչվում են հիդրիդներ, բայց դա ճիշտ չէ։ Չեն պարունակում հիդրիդ իոն, բաղկացած են մոլեկուլներից։ Որպես կանոն, այս տարրերի ամենապարզ ջրածնային միացությունները անգույն գազերն են։ Բացառություն են կազմում ջուրը, որը հեղուկ է, և ջրածնի ֆտորը, որը գազ է սենյակային ջերմաստիճանում, բայց նորմալ պայմաններում հեղուկ է:

Մութ բջիջները ցույց են տալիս տարրեր, որոնք ջրածնի հետ միացություններ են կազմում, որոնք թթվային հատկություններ են ցուցաբերում:

Խաչով մուգ բջիջները ցույց են տալիս տարրեր, որոնք ջրածնի հետ ձևավորում են միացություններ, որոնք դրսևորում են հիմնական հատկություններ:

=================================================================================

29). ընդհանուր բնութագրերըհիմնական ենթախմբի տարրերի հատկությունները 7գր. Քլոր. Գիտական ​​հատկություններ. Հիդրոքլորային թթու.Հալոգենների ենթախումբը ներառում է ֆտոր, քլոր, բրոմ, յոդ և աստատին (աստատինը ռադիոակտիվ տարր է, քիչ ուսումնասիրված): Սրանք Դ.Ի. Մենդելեևի պարբերական աղյուսակի VII խմբի p-տարրերն են: Արտաքին էներգիայի մակարդակում նրանց ատոմներն ունեն 7 էլեկտրոն ns2np5: Սա բացատրում է նրանց հատկությունների ընդհանրությունը:

Նրանք հեշտությամբ ավելացնում են մեկական էլեկտրոն՝ ցուցաբերելով -1 օքսիդացման աստիճան: Հալոգեններն ունեն օքսիդացման այս աստիճանը ջրածնի և մետաղների հետ միացություններում:

Այնուամենայնիվ, հալոգենի ատոմները, բացի ֆտորից, կարող են դրսևորել նաև դրական օքսիդացման վիճակներ՝ +1, +3, +5, +7: Օքսիդացման վիճակների հնարավոր արժեքները բացատրվում են էլեկտրոնային կառուցվածքով, որը ֆտորի ատոմների համար կարող է ներկայացվել գծապատկերով.

Լինելով ամենաէլեկտրաբացասական տարրը, ֆտորը կարող է ընդունել միայն մեկ էլեկտրոն 2p ենթամակարդակի համար, այն ունի մեկ չզույգված էլեկտրոն, ուստի ֆտորը միայն միավալենտ է, իսկ օքսիդացման վիճակը միշտ -1 է:

Էլեկտրոնային կառուցվածքՔլորի ատոմն արտահայտվում է գծապատկերով: Քլորի ատոմն ունի մեկ չզույգված էլեկտրոն 3p ենթամակարդակում, իսկ քլորի նորմալ (չգրգռված) վիճակը միավալենտ է: Բայց քանի որ քլորը գտնվում է երրորդ շրջանում, այն ունի 3d ենթամակարդակի ևս հինգ ուղեծրեր, որոնք կարող են տեղավորել 10 էլեկտրոն:

Ֆտորը չունի ազատ ուղեծրեր, ինչը նշանակում է, որ երբ քիմիական ռեակցիաներԱտոմում զույգ էլեկտրոնների տարանջատում չկա։ Ուստի հալոգենների հատկությունները դիտարկելիս միշտ անհրաժեշտ է հաշվի առնել ֆտորի և միացությունների բնութագրերը։

Հալոգենների ջրածնային միացությունների ջրային լուծույթները թթուներն են՝ HF - ֆտորաջրածնային (ֆտոր), HCl - հիդրոքլորային (հիդրոքլորային), HBr - հիդրոբրոմի, HI - հիդրոիոդային:

Քլոր (lat.Chlorum), Cl, Մենդելեևի պարբերական համակարգի VII խմբի քիմիական տարր, ատոմային թիվ 17, ատոմային զանգված 35.453; պատկանում է հալոգենների ընտանիքին։ Նորմալ պայմաններում (0°C, 0,1 Mn/m2 կամ 1 kgf/cm2) դա դեղնականաչավուն գազ է՝ ուժեղ գրգռիչ հոտով։ Բնական քլորը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ 35Cl (75,77%) և 37Cl (24,23%)։

Քլորի քիմիական հատկությունները. Արտաքին էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաատոմ Cl 3s2Зр5. Համապատասխանաբար, քլորը միացություններում ցուցադրում է -1, +1, +3, +4, +5, +6 և +7 օքսիդացման աստիճաններ: Ատոմի կովալենտային շառավիղը 0,99Å է, իոնային շառավիղ Cl- 1,82Å, քլորի ատոմի էլեկտրոնների մերձեցումը՝ 3,65 էՎ, իոնացման էներգիան՝ 12,97 էՎ։

Քլորը քիմիապես շատ ակտիվ է, ուղղակիորեն միանում է գրեթե բոլոր մետաղների հետ (որոշների հետ միայն խոնավության առկայության դեպքում կամ տաքացնելիս) և ոչ մետաղների հետ (բացառությամբ ածխածնի, ազոտի, թթվածնի, իներտ գազերի), կազմելով համապատասխան քլորիդներ, արձագանքում է. շատ միացություններ, փոխարինում է ջրածնին հագեցած ածխաջրածիններում և միանում չհագեցած միացություններին։ Քլորը տեղահանում է բրոմը և յոդը ջրածնի և մետաղների հետ իրենց միացություններից. Այս տարրերով քլորի միացություններից այն փոխարինվում է ֆտորով։ Խոնավության հետքերի առկայության դեպքում մետաղների մեծ մասը արձագանքում է չոր քլորի հետ միայն այն ժամանակ, երբ ֆոսֆորը բոցավառվում է քլորի մթնոլորտում՝ առաջացնելով PCl3, իսկ հետագա քլորացման դեպքում՝ PCl5; Քլորի հետ ծծումբը տաքացնելիս տալիս է S2Cl2, SCl2 և այլ SnClm: Արսենը, անտիմոնը, բիսմութը, ստրոնցիումը, թելուրը ակտիվորեն փոխազդում են քլորի հետ: Քլորի և ջրածնի խառնուրդն այրվում է անգույն կամ դեղնականաչավուն բոցով ջրածնի քլորիդի ձևավորմամբ (սա շղթայական ռեակցիա է)։ Թթվածնի հետ քլորը առաջացնում է օքսիդներ՝ Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, ինչպես նաև հիպոքլորիտներ (հիպոքլոր թթվի աղեր), քլորիտներ, քլորատներ և պերքլորատներ։ Բոլորը թթվածնի միացություններքլորը առաջացնում է պայթուցիկ խառնուրդներ հեշտությամբ օքսիդացող նյութերով: Ջրում քլորը հիդրոլիզվում է՝ առաջացնելով հիպոքլորային և աղաթթուներ՝ Cl2 + H2O = HClO + HCl։ Սառը ժամանակ ալկալիների ջրային լուծույթները քլորացնելիս առաջանում են հիպոքլորիտներ և քլորիդներ՝ 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, իսկ տաքացնելիս առաջանում են քլորատներ։ Չոր կալցիումի հիդրօքսիդի քլորացումը սպիտակեցնում է: Երբ ամոնիակը փոխազդում է քլորի հետ, առաջանում է ազոտի տրիքլորիդ։ Օրգանական միացությունները քլորացնելիս քլորը կամ փոխարինում է ջրածնին կամ ավելացնում բազմաթիվ կապեր՝ առաջացնելով քլոր պարունակող տարբեր միացություններ։ օրգանական միացություններ. Քլորը այլ հալոգենների հետ առաջացնում է միջհալոգեն միացություններ։ ClF, ClF3, ClF3 ֆտորիդները շատ ռեակտիվ են. օրինակ, ClF3 մթնոլորտում ապակե բուրդը ինքնաբուխ բռնկվում է: Թթվածնի և ֆտորի հետ քլորի հայտնի միացություններն են քլորի օքսիֆտորիդները՝ ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 և ֆտորի պերքլորատ FClO4: հիդրոքլորային թթու (աղաթթու, աղաթթու, ջրածնի քլորիդ) - HCl, ջրածնի քլորիդի լուծույթ ջրի մեջ; ուժեղ մոնոպրոտիկ թթու: Անգույն (տեխնիկական աղաթթուն դեղնավուն է՝ կապված Fe, Cl2 և այլնի կեղտերի հետ), օդում «ծխող», կաուստիկ հեղուկ։ Առավելագույն կոնցենտրացիան 20 °C-ում կազմում է 38%՝ ըստ քաշի։ Աղաթթվի աղերը կոչվում են քլորիդներ:

Փոխազդեցությունը ուժեղ օքսիդացնող նյութերի հետ (կալիումի պերմանգանատ, մանգանի երկօքսիդ) քլորի գազի արտազատմամբ.

Ամոնիակի հետ ռեակցիան առաջացնելով հաստ սպիտակ ծուխ, որը բաղկացած է ամոնիումի քլորիդի մանր բյուրեղներից.

Որակական ռեակցիավրա աղաթթուև դրա աղը նրա փոխազդեցությունն է արծաթի նիտրատի հետ, որի արդյունքում ձևավորվում է արծաթի քլորիդի կաթնաշոռ նստվածք՝ չլուծվող ազոտական ​​թթուում.

===============================================================================