Какъв е механизмът на реакциите на присъединяване към алкени?
1. Благодарение на електроните на π връзката, алкеновите молекули имат област с повишена електронна плътност (облак от π електрони над и под равнината на молекулата):
Следователно, двойната връзка е склонна да бъде атакувана от електрофилен (с дефицит на електрони) реагент. В този случай ще настъпи хетеролитично разцепване на π връзката и реакцията ще продължи йоннимеханизъм като електрофилно добавяне.
2. От друга страна, връзката въглерод-въглерод π, тъй като е неполярна, може да бъде разкъсана хомолитично и тогава реакцията ще продължи радикаленмеханизъм.
Механизмът на добавяне зависи от условията на реакцията.
В допълнение, алкените се характеризират с реакции изомеризацияИокисляване (включително реакция изгаряне, характерни за всички въглеводороди).
Реакции на присъединяване към алкени.
Хидрогениране (добавяне на водород)
Алкените реагират с водород при нагряване и повишено налягане в присъствието на катализатори (Pt, Pd, Ni и др.), за да образуват алкани:
Хидрогенирането на алкени е обратната реакция на дехидрогенирането на алкани. Според принципа на Le Chatelier, хидрогенирането се благоприятства от повишено налягане, тъй като тази реакция е придружена от намаляване на обема на системата.
Добавянето на водород към въглеродните атоми в алкените води до намаляване на степента им на окисление:
Следователно хидрогенирането на алкени се класифицира като редукционна реакция. Тази реакция се използва промишлено за производство на високооктаново гориво.
Халогениране (добавяне на халогени)
Добавяне на халогени двойна връзка C=C се среща лесно в нормални условия(при стайна температура, без катализатор). Например, бързото обезцветяване на червено-кафявия цвят на разтвор на бром във вода (бромна вода) служи качествена реакцияза наличието на двойна връзка:
Добавянето на хлор става още по-лесно:
Тези реакции протичат по механизма на електрофилно присъединяване с хетеролитично разцепване на връзките в халогенната молекула.
При нагряване до 500 °C е възможно радикално заместване на водородния атом при въглеродния атом, съседен на двойната връзка:
Хидрохалогениране (добавяне на халогеноводороди)
Реакцията протича по механизма на електрофилно присъединяване с хетеролитично разцепване на връзката.
CH2 =CH2 + HCI CH3-CH2Cl
Посоката на реакцията на добавяне на халогеноводороди към алкени с асиметрична структура (например към пропилен CH 2
=CH–CH 3
) се определя от правилото на Марковников:
В допълнителни реакции на полярни молекули като HX към несиметрични алкени, водородът се свързва с по-хидрогенирания въглероден атом при двойната връзка (т.е. въглеродният атом, свързан с най-голям брой водородни атоми).
И така, в HCl реакциис пропилен от два възможни структурни изомера 1-хлоропропан и 2-хлорпропан, последният се образува:
Трябва да се отбележи, че правилото на Марковников в класическата му формулировка се спазва само за електрофилни реакции на самите алкени. В случай на някои производни на алкени или когато се промени механизмът на реакцията, те противоречат на правилото на Марковников.
Хидратация(водна връзка)
Хидратацията настъпва при наличие минерални киселинипо механизма на електрофилно присъединяване:
При реакции на несиметрични алкени се спазва правилото на Марковников.
Полимеризация– реакцията на образуване на високомолекулно съединение (полимер) чрез последователно добавяне на молекули на нискомолекулно вещество (мономер) съгласно схемата:
пМ М п
Номер пвъв формулата на полимера ( М п) се нарича степен на полимеризация. Реакциите на полимеризация на алкени възникват поради добавяне чрез множество връзки:
Получаване на алкени
В природата алкените се срещат в много по-малка степен от наситените въглеводороди, очевидно поради тяхната висока реактивност. Следователно те се приготвят чрез различни реакции.
I. Крекинг на алкани:
Например:
II. Отделянето (елиминирането) на два атома или групи атоми от съседни въглеродни атоми с образуването на връзка между тях.
Дехидрохалогениране на халоалкани под действието на алкохолен алкален разтвор
Дехидратация на алкохоли при повишени температури (над 140 C) в присъствието на реагенти за отстраняване на водата
Елиминационните реакции протичат в съответствие с правилоЗайцева:
Отвличането на водороден атом в реакциите на дехидрохалогениране и дехидратиране се извършва предимно от най-малко хидрогенирания въглероден атом.
Съвременна формулировка: реакциите на елиминиране протичат с образуването на алкени, които са по-заместени при двойната връзка.
Такива алкени имат по-ниска енергия.
Дехалогениране на дихалоалкани с халогенни атоми при съседни въглеродни атоми под действието на активни метали:
Дехидрогениране на алкани при 500С:
Приложения на алкени
Алкените се използват като изходни продукти при производството на полимерни материали (пластмаси, каучук, филми) и други органични вещества.
Етилен(етен) H 2 C=CH 2 се използва за производство на полиетилен, политетрафлуоретилен (тефлон), етилов алкохол, ацеталдехид, халогенни производни и много други органични съединения.
Използва се като средство за ускоряване на узряването на плодовете.
Пропилен(пропен) H 2 C=CH 2 –CH 3 и бутилени(бутен-1 и бутен-2) се използват за производство на алкохоли и полимери.
Изобутилен(2-метилпропен) H 2 C=C(CH 3) 2 се използва в производството на синтетичен каучук.
Какви въглеводороди се наричат алкени?
Какво е обща формулаалкени?
Какъв тип хибридизация имат алкените?
Какви химични свойства са характерни за алкените?
Защо алкените се използват като изходен продукт за производството на ВМС?
Каква е същността на правилото на Марковников?
Какви методи за получаване на алкени знаете?
По какъв механизъм протича реакцията на присъединяване в алкените?
Как се променят? физични свойства V хомоложни сериив алкени?
Къде се използват алкените?
Лекция № 17: Алкадиени. Структура. Свойства. каучук.
Алкадиени (диени)– ненаситени алифатни въглеводороди, чиито молекули съдържат две двойни връзки.
Обща формула на алкадиени СЪС п з 2n-2 .
Свойствата на алкадиените до голяма степен зависят от относителното разположение на двойните връзки в техните молекули. Въз основа на тази характеристика се разграничават три вида двойни връзки в диените.
1. Изолираните двойни връзки са разделени във веригата от две или повече σ връзки:
CH 2 =CH–CH 2 –CH=CH 2
Разделени от sp 3 -въглеродни атоми, такива двойни връзки не си влияят взаимно и влизат в същите реакции като двойната връзка в алкените. По този начин алкадиените от този тип проявяват химични свойства, характерни за алкените.
2. Кумулираните двойни връзки са разположени при един въглероден атом:
CH 2 =С=СН 2 (алън)
Такива диени (алени) принадлежат към доста рядък тип съединения.
3. Конюгираните двойни връзки са разделени от една σ връзка:
CH 2 =CH–CH=CH 2
Най-голям интерес представляват конюгираните диени. Те се отличават с характерни свойства, дължащи се на електронната структура на молекулите, а именно непрекъсната последователност от 4 sp 2 въглеродни атома.
Някои представители на тези диени се използват широко в производството на синтетичен каучук и различни органични вещества.
Според правилата на IUPAC гръбнакът на една алкадиенова молекула трябва да включва и двете двойни връзки. Въглеродните атоми във веригата са номерирани, така че двойните връзки да получат най-ниските номера. Имената на алкадиените произлизат от имената на съответните алкани (с еднакъв брой въглеродни атоми), в които последното писмозаменено с окончание –диен.
Местоположението на двойните връзки е посочено в края на името, а местоположението на заместителите е посочено в началото на името.
Например:
Името "дивинил" идва от името на радикала –CH=CH 2 "винил".
Изомерия на спрегнати диени
Структурна изомерия
1. Изомеризъм на позицията на спрегнатите двойни връзки:
2. Изомерия на въглеродния скелет:
3. Междукласова изомерия с алкини и циклоалкени.
Например формулата СЪС 4 Н 6 Съответстват следните връзки:
Пространствена изомерия
Диените, които имат различни заместители при въглеродните атоми на техните двойни връзки, като алкени, проявяват цис-транс изомерия.
Освен това е възможно въртене при σ връзката, разделяща двойните връзки, което води до ротационни изомери. Някои химични реакции на спрегнати диени протичат селективно само с определен ротационен изомер.
Свойства на спрегнатите алкадиени
С най-голямо практическо значение са дивинил или бутадиен-1,3 (лесно втечнен газ, т.к. = – 4,5 C) и изопрен или 2-метилбутадиен-1,3 (течност с т.к. = 34 C).
Химичните свойства на диеновите въглеводороди са подобни на алкените. Те лесно се окисляват и претърпяват присъединителни реакции. Въпреки това, спрегнатите диени се различават по някои характеристики, които се дължат на делокализацията (разпръскването) на π електроните.
Бутадиен-1,3 молекула CH 2 =CH-CH=CH 2 съдържа четири въглеродни атома в sp2 хибридизирано състояние и има плоска структура.
π-електроните на двойните връзки образуват единичен π-електронен облак (спрегната система) и се делокализират между всички въглеродни атоми.
Редът на връзката (броят споделени електронни двойки) между въглеродните атоми е междинен между 1 и 2, т.е. Няма чисто единични или чисто двойни връзки. Структурата на бутадиена се отразява по-точно от формулата с делокализирани връзки.
Молекулите на изопрен са конструирани по подобен начин:
Образуване на единичен π-електронен облак, покриващ 4 въглеродни атома:
води до възможността за прикрепване на реагент към краищата на тази система, т.е. към С1 и С4 атомите. Следователно дивинилът и изопренът, заедно с добавянето на 1 мол от реагента при една от двойните връзки (1,2- или 3,4-), влизат в реакции на 1,4-добавяне. Съотношението на продуктите на 1,2- и 1,4-присъединяването зависи от условията на реакцията (с повишаване на температурата вероятността от 1,4-добавяне обикновено се увеличава).
Полимеризация на спрегнати диени. каучуци
Дивинилът и изопренът претърпяват полимеризация и съполимеризация (т.е. съполимеризация) с други ненаситени съединения, образувайки каучуци. Каучуците са еластични високомолекулни материали (еластомерите), от които се произвежда каучук чрез вулканизация (нагряване със сяра).
Естествен каучук– естествен високомолекулен ненаситен въглеводород със състав (C 5 H 8) n, където n е 1000-3000 единици. Установено е, че този полимер се състои от повтарящи се 1,4-цис-изопренови единици и има стереоправилна структура:
В естествени условия естественият каучук не се образува чрез полимеризация на изопрен, а по друг, по-сложен метод.
Полимеризацията на 1,3-диени може да протича или чрез 1,4-присъединителен тип, или чрез смесен тип 1,2- и 1,4-присъединяване. Посоката на добавяне зависи от реакционните условия.
Първият синтетичен каучук, получен по метода на S.V. Лебедев по време на полимеризацията на дивинил под въздействието на метален натрий, е полимер с неправилна структура с смесен типвръзки 1,2- и 1,4-връзка:
В присъствието на органични пероксиди (радикална полимеризация) също се образува полимер с неправилна структура с 1,2- и 1,4-присъединителни звена. Гумите с неправилна структура се характеризират с ниско качество по време на работа. Селективното 1,4-добавяне възниква при използване на органометални катализатори (например бутиллитий C 4 H 9 Li, който не само инициира полимеризация, но също така координира свързващите диенови молекули в пространството по определен начин):
По този начин се получава стереорегулярен 1,4-цис-полиизопрен - синтетичен аналогестествен каучук. Този процеспротича като йонна полимеризация.
За практическа употреба гумите се превръщат в каучук. каучук -това е вулканизиран каучук с пълнител (сажди). Същността на процеса на вулканизация е, че нагряването на смес от каучук и сяра води до образуването на триизмерна мрежеста структура от линейни макромолекули на каучук, което му придава повишена здравина. Серните атоми се прикрепят към двойните връзки на макромолекулите и образуват омрежващи дисулфидни мостове между тях:
Мрежестият полимер е по-издръжлив и проявява повишена еластичност - висока еластичност (способност да претърпява големи обратими деформации).
В зависимост от количеството омрежващ агент (сяра) могат да се получат мрежи с различна честота на омрежване. Изключително омреженият естествен каучук - ебонит - няма еластичност и е твърд материал.
Получаване на алкадиени
Общите методи за получаване на диени са подобни на методите за получаване на алкени.
1. Каталитично двустепенно дехидрогениране на алкани (през етапа на образуване на алкени). По този начин дивинилът се произвежда промишлено от бутан, съдържащ се в газовете от рафиниране на нефт и свързаните газове:
Изопренът се получава чрез каталитично дехидрогениране на изопентан (2-метилбутан):
2. Синтез на дивинил според Лебедев:
3. Дехидратация на гликоли ( двувалентни алкохолиили алкандиоли):
4. Ефектът на алкохолен разтвор на алкали върху дихалоалкани (дехидрохалогениране):
Въпроси за затвърждаване на темата:
Какви въглеводороди се наричат диенови въглеводороди?
Какви видове изомерия се наблюдават при алкадиените?
Какви химични свойства са характерни за диеновите въглеводороди?
Как могат да се приготвят алкадиени?
Какъв тип хибридизация е типичен за алкадиените?
Какво е гума?
Какво е гума?
Какво определя физичните свойства на алкадиените?
На какви вещества са сходни химичните свойства на алкадиените?
Лекция No18: Алкини. Структура, свойства, приложение.
Алкини (ацетиленови въглеводороди)– ненаситени алифатни въглеводороди, чиито молекули съдържат тройна връзка C≡C.
Обща формула на алкини с една тройна връзка СЪС п з 2n-2 .
Тройната връзка C≡C се осъществява от 6 споделени електрона:
Образуването на такава връзка включва въглеродни атоми sp-хибридизирано състояние. Всеки от тях има по две sp-хибридни орбитали, насочени една към друга под ъгъл 180, и две нехибридни r-орбитали разположени под ъгъл 90 една спрямо друга и към sp-хибридни орбитали:
Структура на тройната връзка C≡C
Тройната връзка е комбинация от една σ и две π връзки, образувани от две sp-хибридизирани атоми. σ-връзка възниква, когато има аксиално припокриване sp-хибридни орбитали на съседни въглеродни атоми; една от π връзките се образува чрез странично припокриване rу-орбитали, другата – със странично припокриване r z-орбитали. Образуването на връзки с помощта на примера на ацетиленова молекула H–C≡C–H може да бъде изобразено под формата на диаграма:
C≡C σ-връзка (припокриване 2 sp-2sp);
π връзка (2 r y -2 r y);
π връзка (2 r z -2 r z);
C–H σ връзка (припокриване 2 sp-AO въглерод и 1 s-AO водород).
π-връзките са разположени във взаимно перпендикулярни равнини:
Образувани σ-връзки sp– хибридни въглеродни орбитали, разположени на една и съща права линия (под ъгъл 180 една спрямо друга). Следователно молекулата на ацетилена има линейна структура:
Алкинна номенклатура
Според систематичната номенклатура имената на ацетиленовите въглеводороди се получават от имената на съответните алкани (със същия брой въглеродни атоми) чрез заместване на наставката – ан на – в :
2 атома C → етан → eth в ; в 3 атома C → пропан → проп
и т.н.
Основната верига е избрана по такъв начин, че задължително да включва тройна връзка (т.е. може да не е най-дългата). – в Номерирането на въглеродните атоми започва с края на веригата, който е най-близо до тройната връзка. Числото, показващо позицията на тройната връзка, обикновено се поставя след наставката
. Например: За най-простите алкени се използват и исторически имена:ацетилен (етин),алилен (пропин),кротонилен (бутин-1),валерилен
(пентин-1).
В номенклатурата на различни класове органични съединения най-често се използват следните едновалентни алкинови радикали:
Алкинова изомерия
Структурна изомерия
Изомерия на позицията на тройната връзка (започвайки от C 4 H 6):
Изомерия на въглеродния скелет (започвайки от C 5 H 8):
Междукласова изомерия с алкадиени и циклоалкени, започвайки с C 4 H 6:
Пространствената изомерия по отношение на тройната връзка не се появява в алкините, т.к Заместителите могат да бъдат разположени само по един начин - по линията на връзката.
Свойства на алкинитеФизични свойства.
Точките на кипене и топене на ацетиленовите въглеводороди се увеличават с увеличаване на молекулното тегло. При нормални условия алкините C 2 H 2 -C 4 H 6 са газове, C 5 H 8 -C 16 H 30 са течности и C 17 H 32 са твърди вещества. Точките на кипене и топене на алкините са по-високи от тези на съответните алкени.
Физични свойства на алкини и алкени
Алкините са слабо разтворими във вода, но по-добре в органични разтворители.
Химични свойства.
Реакции на присъединяване към алкини
В присъствието на метални катализатори (Pt, Ni), алкините добавят водород, за да образуват алкени (първата π връзка е разкъсана), а след това и алкани (втората π връзка е разкъсана):
Когато се използва по-малко активен катализатор, хидрогенирането спира на етапа на образуване на алкени.
2. Халогениране
Електрофилното добавяне на халогени към алкините протича по-бавно, отколкото при алкените (първата π връзка е по-трудна за разрушаване от втората):
Алкините обезцветяват бромна вода(качествена реакция).
Обяснителна бележка (6)
Обяснителна бележкаОбяснителна бележкаТази програма е предназначена да преподава...
Обяснителна бележка (7)
Обяснителна бележкаПОЯСНИТЕЛНА ЗАБЕЛЕЖКА Лабораторна работатова ли...
Реакции на присъединяване.
1.1. Присъединяване
CH 2 = CH 2 + H 2 ® CH 3 -CH 3
Реакцията протича в присъствието на катализатори (Pd, Pt, Ni).
1.2. Добавяне на халоген:
CH 2 = CH 2 + Br 2 ® CH 2 Br-CH 2 Br
1.3. Добавяне на халогеноводороди:
CH 2 = CH 2 + HC1 ® CH 3 -CH 2 C1
Добавянето на водородни халогениди към етиленови хомолози се извършва съгласно правилото на В. В. Марковников: водородният атом става най-хидрогенираният въглероден атом, а халогенният атом става най-малко хидрогениран, например:
CH 3 -CH = CH 2 + HBr->CH 3 - CH Br –CHz
1.4. Добавяне на вода (реакция на хидратация). Реакцията протича в присъствието на катализатор - сярна киселина:
CH 2 = CH 2 + H 2 O® CH 3 - CH 2 OH
Това е общото уравнение на реакцията. В действителност реакцията протича на два етапа. Първо, сярната киселина се свързва с етилен на мястото, където двойната връзка е разкъсана, за да образува етил сярна киселина:
CH 2 = CH 2 + H- O- SO 2 - OH ® CH3- CH 2 - O- SO 2 -OH
Тогава етил сярна киселина, взаимодействайки с вода, образува алкохол и киселина:
CH 3 - CH 2 - O-SO 2 - OH + H - OH ® CH 3 - CH 2 OH + HO- SO 2 - OH
Понастоящем реакцията на добавяне на вода към етилен в присъствието на твърди катализатори се използва за промишлено производство етилов алкохолот ненаситени въглеводородисъдържащи се в петролни крекинг газове (съпътстващи газове), както и в газове от коксови пещи.
2. Важно химическо свойствоетилен и неговите хомолози е способността лесно да се окислява дори при обикновени температури. В този случай и двата въглеродни атома, свързани с двойна връзка, се подлагат на окисление. Ако етиленът попадне в воден разтворкалиев перманганат KMpO 4, тогава характеристика лилав цвятпоследният изчезва - етиленът се окислява с калиев перманганат:
ZSN 2 = CH 2 + 2KMp0 4 + 4H 2 O ® ZNON 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
етилен гликол
Тази реакция се използва за определяне на ненаситеността на органично вещество - наличието на двойни или тройни връзки в него.
2.2. Етиленът гори със светещ пламък, за да се получи въглероден оксид (IV) и вода:
CH 2 = CH 2 + 4 O 2 ® 2CO 2 + 4H 2 O
3. Реакции на полимеризация.
Полимеризацията е серийна връзкаидентични молекули в по-големи.
Реакциите на полимеризация са особено характерни за ненаситените съединения. Така например от етилен се образува високомолекулно вещество - полиетилен. Съединение на етиленови молекули
възниква на мястото, където двойната връзка е скъсана. Съкратено уравнениетази реакция се записва както следва: nCH 2 = CH 2 ® (- CH 2 - CH 2 - ) n
Някои свободни атоми или радикали (например водородни атоми от етилен) са прикрепени към краищата на такива молекули (макромолекули). Продуктът от реакцията на полимеризация се нарича полимер (от гръцки poly - много, meros - част), а изходното вещество, влизащо в реакцията на полимеризация, се нарича мономер.
Полимерът е вещество с много голямо относително молекулно тегло, чиято молекула се състои от голям бройповтарящи се групи, които имат еднаква структура. Тези групи се наричат елементарни единици или структурни звена. Например, елементарната единица на полиетилена е групата от атоми - CH 2 - CH 2 -.
Броят на елементарните единици, повтарящи се в една макромолекула, се нарича степен на полимеризация (означава се с n). В зависимост от степента на полимеризация от едни и същи мономери могат да се получат вещества с различни свойства.
Така полиетиленът с къси вериги (n=20) е течност със смазващи свойства. Полиетиленът с дължина на веригата 1500 - 2000 звена е твърд, но гъвкав пластмасов материал, от който могат да се правят филми, бутилки и други съдове, еластични тръби и др. И накрая, полиетиленът с дължина на веригата 5 - 6 хиляди звена е твърдо, от които можете да подготвите отливки, твърди тръби и здрави нишки.
Ако в реакцията на полимеризация участва малък брой молекули, тогава се образуват нискомолекулни вещества, например димери, тримери и др. Условията за протичане на реакциите на полимеризация са много различни. Понякога са необходими катализатори и високо налягане. Но основният фактор е структурата на мономерната молекула. Ненаситените (ненаситени) съединения влизат в реакцията на полимеризация поради разрушаване на множество връзки.
Структурните формули на полимерите се изписват накратко, както следва: формулата на елементарната единица се поставя в скоби и буквата p се поставя долу вдясно. структурна формулаполиетилен (- CH 2 - CH 2 - ) стр.Лесно е да се заключи, че името на полимера се състои от името на мономера и префикса поли-, например полиетилен, поливинилхлорид, полистирен и др.
С помощта на реакции на полимеризация се получават синтетични вещества с високо молекулно тегло, например полиетилен, политетрафлуоретилен (тефлон), полистирен, синтетични каучуции др. Те имат голямо стопанско значение.
Тефлонът е продукт на полимеризацията на тетрафлуоретилен:
nCF 2 = CF 2 ->-(-CF 2 - CF 2 -)
Това е най-инертното органично вещество (влияе се само от разтопен калий и натрий). Има висока устойчивост на замръзване и топлина.
Приложение.Етиленът се използва за производството на етилов алкохол и полиетилен. Ускорява узряването на плодовете (домати, цитрусови плодове и др.), когато се внасят малки количества във въздуха на оранжериите. Етиленът и неговите хомолози се използват като химически суровини за синтеза на много органични вещества.
- не е само химичен елемент, но и просто вещество, което е част от голямо разнообразие от съединения. Водородните съединения са сложни вещества, които съдържат водородни атоми. Разнообразието от такива съединения е много голямо. Те могат да бъдат естествени, естествени или изкуствено получени от човека. И в двата случая водородните съединения са от огромно значение.
Водородни съединения
Водородът се свързва с хлор с висока скорост под въздействието на светлина; Кислородът с водород (такова съединение се нарича детониращ газ) изобщо не реагира при обикновени температури, но под въздействието на искра или локално нагряване експлодира с голяма сила. Когато изгаря грам молекула (2,02 g) водород, се освобождават 68,4 големи калории. При повишени температури водородът се свързва с редица елементи, например със сяра, фосфор, бром, алкални и алкалоземни метали и при достатъчно висока температураобразува съответните водородни съединения с въглерода.
Оксидите на медта, оловото, желязото, никела и някои други метали се редуцират до съответните метали при нагряване в поток от водород. Активността на водорода нараства неимоверно в присъствието на определени катализатори, както и при повишаване на налягането. При обикновени температури такива катализатори са особено фино разделени метали - паладий, платина и никел.
В присъствието на тези катализатори водородът лесно се свързва с ненаситени органични съединения; това е точно това, което се основава на голям брой процеси, които имат голям техническо значение, като например производството на твърди мазнини от течни мазнини, съдържащи ненаситени мастни киселини, които чрез добавяне на водород в присъствието на никел стават наситени.
Реакцията на свързване на водород с кислород е толкова ускорена от платината, че порестата платина, наситена с водород, спонтанно се нагрява във въздуха (водороден кремък). Много е вероятно действието на тези катализатори да се основава на способността им да разтварят водорода и в този случай водородът преминава в атомно състояние. Количеството водород, абсорбирано от метала, е особено значително в случая на паладий.
Цял набор от други най-важните реакции, в който се добавя водород: синтез на амоняк според Haber, получаване на метилов алкохол от въглероден оксид, получаване синтетично маслоспоред Фишер, също възниква само при наличието на подходящи катализатори, а прилагането им става възможно едва когато тези катализатори са открити и условията за тяхното действие са определени.
Приложения на водорода
Високото налягане също значително повишава активността на водорода: така при високо налягане водородът измества медта и другите метали от разтворите на техните соли; при заявление високи наляганияОсновава се и методът на Бергиус, при който въглищата под действието на водород се превръщат в смес от течни въглеводороди. Сред горните каталитични процеси, реакциите на образуване на амоняк и метилов алкохол също изискват използването на високо налягане.
Техническите употреби на водорода се основават отчасти на неговата ниска стойност специфично тегло(например пълнене на балони), отчасти при високи температури в резултат на изгарянето на водород (например използването на водород при запояване на олово и при автогенно заваряване на метали). След това идват множество реакции на хидрогениране и редукция, предимно хидрогениране на течни мазнини и производство на синтетичен метилов алкохол.
Сред другите реакции от този вид, хидрогенирането на нафталин и производството на етилов алкохол от ацеталдехид също са много важни. обаче най-голямото числов момента водородът се консумира от заводи, произвеждащи синтетичен амоняк според Haber; Огромни количества водород ще са необходими и за производството на синтетично течно гориво, когато методите на Бергиус и Фишер бъдат технически приложени.
Водородът в периодичната таблица се намира под номер едно, в I и VII групиведнага. Символът за водород е Н (лат. Hydrogenium). Това е много лек газ, без цвят и мирис. Има три изотопа на водорода: 1H - протий, 2H - деутерий и 3H - тритий (радиоактивен). Въздухът или кислородът в реакция с обикновен водород H₂ е силно запалим и също експлозивен. Водородът не отделя токсични продукти. Разтворим е в етанол и редица метали (особено страничната подгрупа).
Изобилие на водород на Земята
Подобно на кислорода, водородът има голямо значение. Но, за разлика от кислорода, почти целият водород е свързан с други вещества. В свободно състояние се намира само в атмосферата, но там количеството му е крайно незначително. Водородът е част от почти всички органични съединения и живи организми. Най-често се среща под формата на оксид - вода.
Физико-химични свойства
Водородът е неактивен и при нагряване или в присъствието на катализатори той реагира с почти всички прости и сложни химични елементи.
Реакция на водород с прости химични елементи
При повишени температури водородът реагира с кислород, сяра, хлор и азот. ще научите какви опити с газове могат да се правят у дома.
Опит от взаимодействие на водород с кислород в лабораторни условия
Нека вземем чист водород, който идва през изходната тръба за газ, и да го запалим. Ще гори с едва забележим пламък. Ако поставите водородна тръба в съд, той ще продължи да гори и по стените ще се образуват водни капки. Този кислород реагира с водород:
2Н₂ + О2 = 2Н₂О + Q
Когато водородът гори, се генерира много топлинна енергия. Температурата на комбинацията от кислород и водород достига 2000 °C. Кислородът окислява водорода, така че тази реакция се нарича реакция на окисление.
При нормални условия (без нагряване) реакцията протича бавно. А при температури над 550 ° C възниква експлозия (образува се така нареченият детониращ газ). Преди това водородът често се използваше в балони, но поради образуването на детониращ газ имаше много бедствия. Целостта на топката беше нарушена и настъпи експлозия: водородът реагира с кислорода. Затова сега се използва хелий, който периодично се нагрява с пламък.
Хлорът реагира с водорода, за да образува хлороводород (само в присъствието на светлина и топлина). Химическа реакцияводород и хлор изглежда така:
H2 + Cl2 = 2HCl
Интересен факт: реакцията на флуор с водород предизвиква експлозия дори в тъмнина и температури под 0 ° C.
Взаимодействието на азот с водород може да се случи само при нагряване и в присъствието на катализатор. Тази реакция произвежда амоняк. Уравнение на реакцията:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃
Реакцията на сяра и водород протича, за да се образува газ - сероводород. Резултатът е миризма на развалени яйца:
H₂ + S = H2S
Водородът не само се разтваря в металите, но може и да реагира с тях. В резултат на това се образуват съединения, които се наричат хидриди. Някои хидриди се използват като гориво в ракети. Те се използват и за производство на ядрена енергия.
Реакция със сложни химични елементи
Например водород с меден оксид. Нека вземем тръба с водород и я прекараме през праха от меден оксид. Цялата реакция протича при нагряване. Черният меден прах ще стане кафеникавочервен (обикновен меден цвят). Капчици течност също ще се появят върху незагрятите зони на колбата - това се е образувало.
Химическа реакция:
CuO + H₂ = Cu + H2O
Както виждаме, водородът реагира с оксида и редуцира медта.
Реакции на възстановяване
Ако дадено вещество отстранява оксид по време на реакция, то е редуциращ агент. Използвайки примера на реакцията на меден оксид с, виждаме, че водородът е редуциращ агент. Той също реагира с някои други оксиди като HgO, MoO₃ и PbO. При всяка реакция, ако един от елементите е окислител, другият ще бъде редуциращ агент.
Всички водородни съединения
Съединения на водорода с неметали- много летливи и отровни газове(напр. сероводород, силан, метан).
Халогеноводороди- Най-често се използва хлороводород. При разтваряне се образува солна киселина. Тази група включва още: флуороводород, йодоводород и бромоводород. Всички тези съединения водят до образуването на съответните киселини.
Водороден прекис (химическа формулаН₂О₂) проявява силни окислителни свойства.
Водородни хидроксидиили вода H₂O.
Хидриди- това са съединения с метали.
Хидроксиди- това са киселини, основи и други съединения, които съдържат водород.
Органични съединения: протеини, мазнини, липиди, хормони и др.