Vodik. Struktura i svojstva vodika. Vodikovi spojevi metala i nemetala. Vodik i njegovi spojevi Primjeri spojeva koji sadrže vodik i njihove formule

Vodik H je najčešći element u Svemiru (oko 75% mase), a na Zemlji je deveti po zastupljenosti. Najvažniji prirodni spoj vodika je voda.
Vodik zauzima prvo mjesto u periodnom sustavu (Z = 1). Ima najjednostavniju atomsku strukturu: jezgru atoma čini 1 proton, okružen elektronskim oblakom koji se sastoji od 1 elektrona.
Pod nekim uvjetima vodik se izlaže metalna svojstva(donira elektron), u drugima - nemetalni (prima elektron).
Izotopi vodika koji se nalaze u prirodi su: 1H - protij (jezgra se sastoji od jednog protona), 2H - deuterij (D - jezgra se sastoji od jednog protona i jednog neutrona), 3H - tricij (T - jezgra se sastoji od jednog protona i dva neutroni).

Jednostavna tvar vodik

Molekula vodika sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom nepolarnom vezom.
Fizička svojstva. Vodik je plin bez boje, mirisa, okusa i neotrovan. Molekula vodika nije polarna. Stoga su sile međumolekularnog međudjelovanja u plinovitom vodiku male. To se očituje niskim vrelištem (-252,6 0C) i talištem (-259,2 0C).
Vodik je lakši od zraka, D (po zraku) = 0,069; slabo topljiv u vodi (2 volumena H2 otopi se u 100 volumena H2O). Stoga se vodik, kada se proizvodi u laboratoriju, može prikupiti metodama istiskivanja zraka ili vode.

Proizvodnja vodika

U laboratoriju:

1. Učinak razrijeđenih kiselina na metale:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Interakcija između alkalnih i metali s vodom:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2

3. Hidroliza hidrida: metalni hidridi se lako razgrađuju vodom da bi se dobila odgovarajuća lužina i vodik:
NaH +H 2 O → NaOH + H 2
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

4. Učinak lužina na cink ili aluminij ili silicij:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H2O → K2 +H2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Elektroliza vode. Za povećanje električna provodljivost vode, dodaje se elektrolit, na primjer NaOH, H 2 SO 4 ili Na 2 SO 4. Na katodi nastaju 2 volumena vodika, a na anodi 1 volumen kisika.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Industrijska proizvodnja vodika

1. Pretvorba metana s parom, Ni 800 °C (najjeftinije):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Ukupno:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vodena para kroz vrući koks na 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Nastali ugljični monoksid (IV) apsorbira voda i tako nastaje 50% industrijskog vodika.

3. Zagrijavanjem metana na 350°C u prisutnosti katalizatora željeza ili nikla:
CH 4 → C + 2H 2

4. Elektroliza vodene otopine KCl ili NaCl kao nusproizvod:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Kemijska svojstva vodika

  • U spojevima je vodik uvijek jednovalentan. Karakterizira ga oksidacijsko stanje +1, ali u metalnim hidridima ono je jednako -1.
  • Molekula vodika sastoji se od dva atoma. Pojava veze između njih objašnjava se stvaranjem generaliziranog para elektrona H:H ili H 2
  • Zahvaljujući ovoj generalizaciji elektrona, molekula H 2 je energetski stabilnija od svojih pojedinačnih atoma. Za razbijanje 1 mola molekule vodika na atome potrebno je utrošiti 436 kJ energije: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
  • To objašnjava relativno nisku aktivnost molekularnog vodika pri običnim temperaturama.
  • S mnogim nemetalima, vodik tvori plinovite spojeve kao što su RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Gradi halogenide s halogenima:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Istodobno eksplodira s fluorom, s klorom i bromom reagira samo pri osvjetljavanju ili zagrijavanju, a s jodom samo pri zagrijavanju.

2) s kisikom:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
s oslobađanjem topline. Na normalnim temperaturama reakcija se odvija sporo, iznad 550°C eksplodira. Mješavina 2 volumena H 2 i 1 volumena O 2 naziva se detonirajući plin.

3) Kada se zagrije, snažno reagira sa sumporom (mnogo teže sa selenom i telurijem):
H 2 + S → H 2 S (vodikov sulfid),

4) S dušikom uz stvaranje amonijaka samo na katalizatoru i pri povišenim temperaturama i tlakovima:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) S ugljikom na visokim temperaturama:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Gradi hidride s alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima (vodik je oksidacijsko sredstvo):
H 2 + 2Li → 2LiH
u metalnim hidridima vodikov ion je negativno nabijen (oksidacijsko stanje -1), odnosno Na + H hidrid - građen slično Na + Cl kloridu -

Co složene tvari:

7) S metalnim oksidima (koriste se za redukciju metala):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) s ugljikovim monoksidom (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sinteza – plin (mješavina vodika i ugljičnog monoksida) ima važnu praktičnu važnost, jer ovisno o temperaturi, tlaku i katalizatoru nastaju različiti organski spojevi, npr. HCHO, CH 3 OH i drugi.

9) Nezasićeni ugljikovodici reagiraju s vodikom, postajući zasićeni:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

1. Vodik. opće karakteristike

Vodik H je prvi element u periodnom sustavu, najčešći element u Svemiru (92%); u zemljinoj kori maseni udio vodika je samo 1%.

Prvi ga je u čistom obliku izolirao G. Cavendish 1766. Godine 1787. A. Lavoisier je dokazao da je vodik kemijski element.
Atom vodika sastoji se od jezgre i jednog elektrona. Elektronička konfiguracija - 1S1. Molekula vodika je dvoatomna. Veza je kovalentna nepolarna.
Atomski radijus - (0,08 nm);
potencijal ionizacije (PI) - (13,6 eV);
elektronegativnost (EO) - (2.1);
oksidacijsko stanje - (-1; +1).

2. Primjeri spojeva koji sadrže vodik
HCL, H2O, H2S04 itd.

U ovom zadatku trebate dati opći opis elementa vodika.

Kako izvršiti ovaj zadatak

  • Zapiši gdje se nalazi element vodik periodni sustav elemenata kemijski elementi;
  • Opišite ovaj kemijski element;
  • Napiši spojeve koji sadrže vodik.

Vodik je sljedeći spoj

Vodik - je prvi element periodnog sustava elemenata, označen simbolom H. Ovaj element nalazi se u prvoj skupini glavne podskupine, kao iu sedmoj skupini glavne podskupine u prvoj maloj periodi.

Zbog svoje vrlo male atomske mase vodik se smatra najviše svjetlosni element. Osim toga, njegova gustoća je također vrlo niska, tako da je i mjerilo za lakoću. Stoga, na primjer, mjehurići sapunice napunjeni vodikom imaju tendenciju dizanja u zrak.

To je najčešća tvar na našem planetu i šire. Uostalom, gotovo sav međuzvjezdani prostor i zvijezde sastoje se upravo od ovog spoja.

Postoji nekoliko glavnih vrsta spojeva koji sadrže vodik

  • Halidi vodika: kao što su HCl, HI, HF, itd. To jest, imati opću formulu HHal.
  • Hlapljivi vodikovi spojevi nemetala: H2S, CH4.
  • Hidridi: NaH, LiH.
  • Hidroksidi, kiseline: NaOH, HCl.
  • Vodikov hidroksid: H2O.
  • Vodikov peroksid: H2O.
  • Brojni organski spojevi: ugljikovodici, bjelančevine, masti, lipidi, vitamini, hormoni, eterična ulja i drugi.
  • Oznaka - H (vodik);
  • Latinski naziv - Hydrogenium;
  • Razdoblje - I;
  • Grupa - 1 (Ia);
  • Atomska masa - 1,00794;
  • Atomski broj - 1;
  • Atomski polumjer = 53 pm;
  • Kovalentni polumjer = 32 pm;
  • Raspodjela elektrona - 1s 1;
  • temperatura taljenja = -259,14°C;
  • vrelište = -252,87°C;
  • Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 2,02/-;
  • Oksidacijsko stanje: +1; 0; -1;
  • Gustoća (br.) = 0,0000899 g/cm 3 ;
  • Molarni volumen = 14,1 cm3/mol.

Binarni spojevi vodika s kisikom:

Vodik ("rađanje vode") otkrio je engleski znanstvenik G. Cavendish 1766. godine. To je najjednostavniji element u prirodi - atom vodika ima jezgru i jedan elektron, što je vjerojatno razlog zašto je vodik najzastupljeniji element u Svemiru (na koji se odnosi više od polovice mase većine zvijezda).

Za vodik možemo reći da je "špula mala, ali skupa." Unatoč svojoj "jednostavnosti", vodik daje energiju svim živim bićima na Zemlji - na Suncu se odvija kontinuirana termonuklearna reakcija tijekom koje se iz četiri atoma vodika formira jedan atom helija, a taj proces prati oslobađanje ogromne količine energije (za više detalja pogledajte Nuklearna fuzija).

U zemljinoj kori maseni udio vodika iznosi samo 0,15%. U međuvremenu, ogroman broj (95%) svih poznatih na Zemlji kemijske tvari sadrže jedan ili više atoma vodika.

U spojevima s nemetalima (HCl, H 2 O, CH 4 ...), vodik predaje svoj jedini elektron više elektronegativnih elemenata, pokazujući oksidacijsko stanje +1 (češće), tvoreći samo kovalentne veze(Vidi Kovalentna veza).

U spojevima s metalima (NaH, CaH 2 ...), vodik, naprotiv, prihvaća još jedan elektron u svoju jedinu s-orbitalu, pokušavajući tako dovršiti svoj elektronički sloj, pokazujući oksidacijsko stanje -1 (rjeđe), često tvoreći ionsku vezu (vidi Ionska veza), jer razlika u elektronegativnosti atoma vodika i atoma metala može biti prilično velika.

H 2

U plinovitom stanju, vodik postoji u obliku dvoatomnih molekula, tvoreći nepolarnu kovalentnu vezu.

Molekule vodika imaju:

  • velika mobilnost;
  • velika snaga;
  • niska polarizabilnost;
  • male veličine i težine.

Svojstva plinovitog vodika:

  • najlakši plin u prirodi, bez boje i mirisa;
  • slabo topljiv u vodi i organskim otapalima;
  • otapa se u malim količinama u tekućim i čvrstim metalima (osobito platini i paladiju);
  • teško se pretvara u tekućinu (zbog niske polarizabilnosti);
  • ima najveću toplinsku vodljivost od svih poznatih plinova;
  • kada se zagrijava, reagira s mnogim nemetalima, pokazujući svojstva redukcijskog sredstva;
  • na sobnoj temperaturi reagira s fluorom (dolazi do eksplozije): H 2 + F 2 = 2HF;
  • reagira s metalima stvarajući hidride, pokazujući oksidirajuća svojstva: H 2 + Ca = CaH 2 ;

U spojevima, vodik pokazuje svoja redukcijska svojstva mnogo jače nego svoja oksidacijska svojstva. Vodik je najsnažniji redukcijski agens nakon ugljena, aluminija i kalcija. Reducirajuća svojstva vodika naširoko se koriste u industriji za dobivanje metala i nemetala (jednostavnih tvari) iz oksida i galida.

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

Reakcije vodika s jednostavnim tvarima

Vodik prihvaća elektron, igrajući ulogu redukcijsko sredstvo, u reakcijama:

  • S kisik(pri paljenju ili u prisutnosti katalizatora), u omjeru 2:1 (vodik:kisik) nastaje eksplozivni detonirajući plin: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ.
  • S siva(kada se zagrije na 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
  • S klor(pri paljenju ili zračenju UV zrakama): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
  • S fluor: H20 +F2 = 2H +1 F
  • S dušik(pri zagrijavanju u prisutnosti katalizatora ili pri visokom tlaku): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Vodik donira elektron, igrajući ulogu oksidacijsko sredstvo, u reakcijama sa alkalni I zemno alkalna metali uz stvaranje metalnih hidrida – soli sličnih ionskih spojeva koji sadrže hidridne ione H – to su nestabilne bijele kristalne tvari.

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

Nije tipično da vodik pokazuje oksidacijsko stanje od -1. Kada reagiraju s vodom, hidridi se raspadaju, reducirajući vodu do vodika. Reakcija kalcijevog hidrida s vodom je sljedeća:

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

Reakcije vodika sa složenim tvarima

  • na visokim temperaturama vodik reducira mnoge metalne okside: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
  • metilni alkohol se dobiva reakcijom vodika s ugljikovim monoksidom (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
  • U reakcijama hidrogenacije, vodik reagira s mnogim organskim tvarima.

Jednadžbe kemijskih reakcija vodika i njegovih spojeva detaljnije su obrađene na stranici “Vodik i njegovi spojevi - jednadžbe kemijskih reakcija s vodikom”.

Primjene vodika

  • V nuklearna energija koriste se izotopi vodika - deuterij i tricij;
  • u kemijskoj industriji vodik se koristi za sintezu mnogih organska tvar, amonijak, klorovodik;
  • u prehrambenoj industriji vodik se koristi u proizvodnji krutih masti kroz hidrogenaciju biljnih ulja;
  • za zavarivanje i rezanje metala koristi se visoka temperatura izgaranja vodika u kisiku (2600°C);
  • u proizvodnji nekih metala vodik se koristi kao redukcijsko sredstvo (vidi gore);
  • Budući da je vodik laki plin, koristi se u aeronautici kao punilo baloni, baloni, zračni brodovi;
  • Vodik se koristi kao gorivo pomiješan s CO.

U posljednje vrijeme znanstvenici veliku pažnju posvećuju traženju alternativni izvori obnovljiva energija. Jedno od obećavajućih područja je "vodikova" energija, u kojoj se kao gorivo koristi vodik, čiji je produkt izgaranja obična voda.

Metode dobivanja vodika

Industrijske metode za proizvodnju vodika:

  • konverzija metana (katalitička redukcija vodene pare) s vodenom parom na visokoj temperaturi (800°C) na nikalnom katalizatoru: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
  • konverzija ugljičnog monoksida s vodenom parom (t=500°C) na Fe 2 O 3 katalizatoru: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
  • toplinska razgradnja metana: CH 4 = C + 2H 2;
  • rasplinjavanje krutih goriva (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
  • elektroliza vode (vrlo skupa metoda kojom se dobiva vrlo čisti vodik): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodika:

  • djelovanje na metale (obično cink) solnom ili razrijeđenom sumpornom kiselinom: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2;
  • interakcija vodene pare s vrućim željeznim piljevinama: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.

DEFINICIJA

Vodik- prvi element periodnog sustava. Oznaka - H od latinskog "hydrogenium". Smješten u prvom razdoblju, skupina IA. Odnosi se na nemetale. Nuklearni naboj je 1.

Vodik je jedan od najčešćih kemijskih elemenata - njegov udio je oko 1% mase sve tri ljuske Zemljina kora(atmosfera, hidrosfera i litosfera), što kada se pretvori u atomske postotke daje brojku od 17,0.

Glavna količina ovog elementa je u vezanom stanju. Dakle, voda sadrži oko 11 mas. %, glina - oko 1,5 %, itd. U obliku spojeva s ugljikom, vodik ulazi u sastav nafte, zapaljivih prirodnih plinova i svih organizama.

Vodik je plin bez boje i mirisa (dijagram strukture atoma prikazan je na sl. 1). Njegovo talište i vrelište su vrlo niske (-259 o C, odnosno -253 o C). Na temperaturi (-240 o C) i pod tlakom vodik se može ukapljivati, a brzim isparavanjem nastale tekućine prelazi u kruto stanje(prozirni kristali). Malo je topiv u vodi - 2:100 po volumenu. Vodik karakterizira topljivost u nekim metalima, na primjer, željezo.

Riža. 1. Građa atoma vodika.

Atomska i molekularna masa vodika

DEFINICIJA

Relativna atomska masa element je omjer mase atoma danog elementa i 1/12 mase atoma ugljika.

Relativni atomska masa je bezdimenziona i označava se sa A r (indeks “r” je početno slovo engleska riječ relative, što znači "rođak"). Relativna atomska masa atomskog vodika je 1,008 amu.

Mase molekula, kao i mase atoma, izražavaju se u jedinicama atomske mase.

DEFINICIJA

Molekularna težina Tvar se naziva masa molekule, izražena u jedinicama atomske mase. Relativna molekularna težina tvari nazivaju se omjer mase molekule dane tvari prema 1/12 mase atoma ugljika, čija je masa 12 amu.

Poznato je da je molekula vodika dvoatomna - H 2 . Relativni molekularna masa molekula vodika bit će jednaka:

M r (H2) = 1,008 × 2 = 2,016.

Izotopi vodika

Vodik ima tri izotopa: protij 1 H, deuterij 2 H ili D i tricij 3 H ili T. Maseni brojevi su im 1, 2 i 3. Procij i deuterij su stabilni, tricij je radioaktivan (vrijeme poluraspada 12,5 godina). U prirodnim spojevima deuterij i protij sadržani su u prosjeku u omjeru 1:6800 (na temelju broja atoma). Tricij se u prirodi nalazi u zanemarivim količinama.

Jezgra atoma vodika 1 H sadrži jedan proton. Jezgre deuterija i tricija uključuju, osim protona, jedan i dva neutrona.

Vodikovi ioni

Atom vodika može ili odustati od svog jednog elektrona da formira pozitivan ion (koji je goli proton) ili dobiti jedan elektron da postane negativan ion, koji ima elektronsku konfiguraciju helija.

Potpuno uklanjanje elektrona iz atoma vodika zahtijeva utrošak vrlo visoke energije ionizacije:

H + 315 kcal = H + + e.

Kao rezultat toga, kada vodik komunicira s metaloidima, ne nastaju ionske, već samo polarne veze.

Tendencija neutralnog atoma da dobije višak elektrona karakterizirana je vrijednošću njegovog afiniteta prema elektronu. U vodiku se izražava prilično slabo (međutim, to ne znači da takav vodikov ion ne može postojati):

H + e = H - + 19 kcal.

Molekula i atom vodika

Molekula vodika sastoji se od dva atoma - H2. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu vodika:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte Dokažite postojanje hidrida opća formula EN x koji sadrži 12,5% ​​vodika.
Riješenje Izračunajmo mase vodika i nepoznatog elementa, uzimajući da je masa uzorka 100 g:

m(H) = m (EN x) × w (H);

m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g.

m(E) = m (EN x) - m(H);

m(E) = 100 - 12,5 = 87,5 g.

Nađimo količinu tvari vodika i nepoznatog elementa, označavajući molarnu masu potonjeg kao "x" ( molekulska masa vodik je 1 g/mol):

Struktura i fizička svojstva vodik Vodik je dvoatomni plin H2. Nema ni boje ni mirisa. Ovo je najlakši plin. Zbog tog svojstva korišten je u balonima, zračnim brodovima i sličnim napravama, no široku primjenu vodika u te svrhe otežava njegova eksplozivnost u miješanju sa zrakom.

Molekule vodika su nepolarne i vrlo male, pa među njima postoji mala interakcija. U tom pogledu ima vrlo niske točke taljenja (-259°C) i vrelišta (-253°C). Vodik je praktički netopljiv u vodi.

Vodik ima 3 izotopa: obični 1H, deuterij 2H ili D i radioaktivni tricij 3H ili T. Teški izotopi vodika jedinstveni su po tome što su 2 ili čak 3 puta teži od običnog vodika! Zato zamjena običnog vodika deuterijem ili tricijem značajno utječe na svojstva tvari (na primjer, vrelišta običnog vodika H2 i deuterija D2 razlikuju se za 3,2 stupnja). Interakcija vodika s jednostavne tvari Vodik je nemetal srednje elektronegativnosti. Stoga ima i oksidirajuća i redukcijska svojstva.

Oksidativna svojstva vodika očituju se u reakcijama s tipični metali- elementi glavnih podskupina skupina I-II periodnog sustava. Najaktivniji metali (alkalijski i zemnoalkalijski) kada se zagrijavaju s vodikom daju hidride - čvrste soli slične tvari koje sadrže hidridni ion H- u kristalnoj rešetki. 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2 Reducirajuća svojstva vodika očituju se u reakcijama s tipičnijim nemetalima od vodika: 1) Interakcija s halogenima H2 + F2 = 2HF

Interakcija s analozima fluora - klorom, bromom, jodom - odvija se na sličan način. Kako se aktivnost halogena smanjuje, intenzitet reakcije opada. Reakcija s fluorom odvija se eksplozivno u normalnim uvjetima, reakcija s klorom zahtijeva svjetlo ili zagrijavanje, a reakcija s jodom događa se samo uz jako zagrijavanje i reverzibilna je. 2) Interakcija s kisikom 2H2 + O2 = 2H2O Reakcija se odvija uz veliko oslobađanje topline, ponekad i uz eksploziju. 3) Interakcija sa sumporom H2 + S = H2S Sumpor je mnogo manje aktivan nemetal od kisika, a interakcija s vodikom odvija se mirno.b 4) Interakcija s dušikom 3H2 + N2↔ 2NH3 Reakcija je reverzibilna i odvija se u značajnijoj mjeri samo u prisutnosti katalizatora, pri zagrijavanju i pod pritiskom. Proizvod se zove amonijak. 5) Interakcija s ugljikom C + 2H2↔ CH4 Reakcija se odvija u električnom luku ili na vrlo visokim temperaturama. Ostali ugljikovodici također nastaju kao nusproizvodi. 3. Međudjelovanje vodika sa složenim tvarima Vodik također pokazuje redukcijska svojstva u reakcijama sa složenim tvarima: 1) Redukcija metalnih oksida smještenih u nizu elektrokemijskog napona desno od aluminija, kao i nemetalnih oksida: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2O Vodik se koristi kao redukcijski agens za izdvajanje metala iz oksidnih ruda. Reakcije nastaju zagrijavanjem 2) Adicija nezasićenim organskim tvarima; S2N4 + N2(t;p)→ S2N6 Reakcije se odvijaju u prisutnosti katalizatora i pod pritiskom. Ostale reakcije vodika za sada se nećemo doticati. 4. Proizvodnja vodika U industriji se vodik proizvodi preradom ugljikovodičnih sirovina - prirodnog i pratećeg plina, koksa i dr. Laboratorijske metode za proizvodnju vodika:


1) Interakcija metala koji se nalaze u elektrokemijskom nizu napona metala lijevo od vodika s kiselinama. 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) Interakcija metala u nizu elektrokemijskih napona metala lijevo od magnezija s hladnom vodom . Ovo također proizvodi alkalije.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Metal koji se nalazi u nizu elektrokemijskih napona metala lijevo od mangana sposoban je istisnuti vodik iz vode pod određenim uvjetima (magnezij - iz Vruća voda, aluminij - uz uklanjanje oksidnog filma s površine).

Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2

Metal, koji se nalazi u elektrokemijskom naponskom nizu metala lijevo od kobalta, sposoban je istisnuti vodik iz vodene pare. Ovo također proizvodi oksid.

3Fe + 4H2O pare Fe3O4 + 4H23) Međudjelovanje metala čiji su hidroksidi amfoterni s otopinama alkalija.

Metali čiji su hidroksidi amfoterni istiskuju vodik iz otopina lužina. Morate znati 2 takva metala - aluminij i cink:

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

Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

U tom slučaju nastaju složene soli - hidroksoaluminati i hidroksoaluminati.

Sve do sada navedene metode temelje se na istom procesu - oksidaciji metala s atomom vodika u oksidacijskom stanju +1:

M0 + nN+ = Mn+ + n/2 H2

4) Interakcija aktivnih metalnih hidrida s vodom:

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

Ovaj se proces temelji na interakciji vodika u oksidacijskom stanju -1 s vodikom u oksidacijskom stanju +1:

5) Elektroliza vodenih otopina lužina, kiselina, nekih soli:

2H2O 2H2 + O2

5. Vodikovi spojevi U ovoj tablici s lijeve strane svijetlom sjenom istaknute su ćelije elemenata koji s vodikom tvore ionske spojeve - hidride. Ove tvari sadrže hidridni ion H-. Oni su čvrste, bezbojne tvari nalik soli i reagiraju s vodom oslobađajući vodik.

Elementi glavnih podskupina skupina IV-VII tvore spojeve s vodikom molekularna struktura. Ponekad se nazivaju i hidridi, ali to je netočno. Ne sadrže hidridni ion, sastoje se od molekula. U pravilu su najjednostavniji vodikovi spojevi ovih elemenata bezbojni plinovi. Iznimke su voda, koja je tekućina, i vodikov fluorid, koji je plin na sobnoj temperaturi, ali je tekućina u normalnim uvjetima.

Tamne ćelije označavaju elemente koji tvore spojeve s vodikom koji pokazuju kisela svojstva.

Tamne ćelije s križićem označavaju elemente koji s vodikom tvore spojeve koji pokazuju osnovna svojstva.

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

29). opće karakteristike svojstva elemenata glavne podskupine 7gr. Klor. Značajna svojstva. Klorovodična kiselina. Podskupina halogena uključuje fluor, klor, brom, jod i astat (astat je radioaktivni element, malo proučavan). To su p-elementi VII skupine periodnog sustava D.I. Mendeljejeva. Na vanjskoj energetskoj razini njihovi atomi imaju 7 elektrona ns2np5. To objašnjava sličnost njihovih svojstava.

Oni lako dodaju po jedan elektron, pokazujući oksidacijsko stanje -1. Halogeni imaju ovaj stupanj oksidacije u spojevima s vodikom i metalima.

Međutim, atomi halogena, osim fluora, mogu također pokazivati ​​pozitivna oksidacijska stanja: +1, +3, +5, +7. Moguće vrijednosti oksidacijskih stanja objašnjene su elektronskom strukturom, koja se za atome fluora može prikazati dijagramom

Budući da je najelektronegativniji element, fluor može prihvatiti samo jedan elektron po podrazini 2p. Ima jedan nespareni elektron, tako da je fluor samo jednovalentan, a oksidacijsko stanje je uvijek -1.

Elektronska struktura atoma klora prikazana je dijagramom: Atom klora ima jedan nespareni elektron u 3p podrazini i normalno (nepobuđeno) stanje klora je jednovalentno. Ali budući da je klor u trećoj periodi, on ima još pet orbitala 3d podrazine, koje mogu primiti 10 elektrona.

Fluor nema slobodnih orbitala, što znači da kada kemijske reakcije U atomu nema odvajanja uparenih elektrona. Stoga, kada se razmatraju svojstva halogena, uvijek je potrebno uzeti u obzir karakteristike fluora i spojeva.

Vodene otopine vodikovih spojeva halogena su kiseline: HF - fluorovodična (fluorna), HCl - klorovodična (klorovodična), HBr - bromovodična, HI - jodovodična.

Klor (lat.Chlorum), Cl, kemijski element VII grupe periodnog sustava Mendeljejeva, atomski broj 17, atomska masa 35.453; pripada obitelji halogena. U normalnim uvjetima (0°C, 0,1 Mn/m2 ili 1 kgf/cm2) to je žutozeleni plin jakog iritantnog mirisa. Prirodni klor se sastoji od dva stabilna izotopa: 35Cl (75,77%) i 37Cl (24,23%).

Kemijska svojstva Klor. Vanjska elektronska konfiguracija atoma Cl je 3s2Zr5. U skladu s tim, klor u spojevima pokazuje oksidacijska stanja -1, +1, +3, +4, +5, +6 i +7. Kovalentni radijus atoma je 0,99Å, ionski radijus Cl- je 1,82Å, afinitet atoma klora prema elektronu je 3,65 eV, a energija ionizacije je 12,97 eV.

Kemijski je klor vrlo aktivan, izravno se spaja s gotovo svim metalima (s nekima samo u prisutnosti vlage ili pri zagrijavanju) i s nemetalima (osim ugljika, dušika, kisika, inertnih plinova), tvoreći odgovarajuće kloride, reagira s mnoge spojeve, zamjenjuje vodik u zasićenim ugljikovodicima i spaja nezasićene spojeve. Klor istiskuje brom i jod iz njihovih spojeva s vodikom i metalima; Od spojeva klora s ovim elementima zamijenjen je fluorom. Alkalijski metali u prisutnosti tragova vlage reagiraju s klorom paljenjem; većina metala reagira sa suhim klorom samo pri zagrijavanju.Fosfor se zapali u atmosferi klora, stvarajući PCl3, a daljnjim kloriranjem - PCl5; Sumpor s klorom zagrijavanjem daje S2Cl2, SCl2 i drugi SnClm. Arsen, antimon, bizmut, stroncij, telur snažno djeluju s klorom. Smjesa klora i vodika gori bezbojnim ili žutozelenim plamenom uz stvaranje klorovodika (to je lančana reakcija). Klor s kisikom stvara okside: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, kao i hipoklorite (soli hipokloričaste kiseline), klorite, klorate i perklorate. Svi kisikovi spojevi klora tvore eksplozivne smjese s lako oksidirajućim tvarima. Klor u vodi hidrolizira, stvarajući hipokloričnu i klorovodičnu kiselinu: Cl2 + H2O = HClO + HCl. Pri kloriranju vodenih otopina lužina na hladnom nastaju hipokloriti i kloridi: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, a zagrijavanjem nastaju klorati. Kloriranje suhog kalcijevog hidroksida proizvodi izbjeljivač. Kada amonijak reagira s klorom, nastaje dušikov triklorid. Prilikom kloriranja organskih spojeva, klor ili zamjenjuje vodik ili dodaje višestruke veze, tvoreći različite spojeve koji sadrže klor. organski spojevi. Klor tvori međuhalogene spojeve s drugim halogenima. Fluoridi ClF, ClF3, ClF3 vrlo su reaktivni; na primjer, u atmosferi ClF3 staklena vuna se spontano zapali. Poznati spojevi klora s kisikom i fluorom su klorovi oksifluoridi: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 i fluor perklorat FClO4. Solna kiselina (solna kiselina, solna kiselina, klorovodik) - HCl, otopina klorovodika u vodi; jaka monoprotonska kiselina. Bezbojna (tehnička klorovodična kiselina je žućkasta zbog nečistoća Fe, Cl2 itd.), "dimi" na zraku, kaustična tekućina. Najveća koncentracija na 20 °C je 38% masenog udjela. Soli klorovodične kiseline nazivaju se kloridi.

Interakcija s jakim oksidirajućim sredstvima (kalijev permanganat, manganov dioksid) uz oslobađanje plinovitog klora:

Reakcija s amonijakom do stvaranja gustog bijelog dima koji se sastoji od sitnih kristala amonijevog klorida:

Kvalitativna reakcija na klorovodična kiselina a njegova sol je njegova interakcija sa srebrnim nitratom, što rezultira stvaranjem zgrušanog taloga srebrnog klorida, netopljivog u dušičnoj kiselini:

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