Hidrogen adalah nombor satu dalam jadual berkala, dalam kumpulan I dan VII sekaligus. Simbol untuk hidrogen ialah H (lat. Hydrogenium). Ia adalah gas yang sangat ringan, tidak berwarna dan tidak berbau. Terdapat tiga isotop hidrogen: 1H - protium, 2H - deuterium dan 3H - tritium (radioaktif). Udara atau oksigen dalam tindak balas dengan hidrogen ringkas H₂ sangat mudah terbakar dan juga mudah meletup. Hidrogen tidak mengeluarkan produk toksik. Ia larut dalam etanol dan beberapa logam (terutamanya subkumpulan sampingan).
Kelimpahan hidrogen di Bumi
Seperti oksigen, hidrogen adalah sangat penting. Tetapi, tidak seperti oksigen, hampir semua hidrogen terikat kepada bahan lain. Ia ditemui dalam keadaan bebas hanya di atmosfera, tetapi kuantitinya di sana sangat tidak ketara. Hidrogen adalah sebahagian daripada hampir semua sebatian organik dan organisma hidup. Selalunya ia ditemui dalam bentuk oksida - air.
Ciri-ciri fizikokimia
Hidrogen tidak aktif, dan apabila dipanaskan atau di hadapan pemangkin, ia bertindak balas dengan hampir semua unsur kimia yang mudah dan kompleks.
Tindak balas hidrogen dengan unsur kimia ringkas
Pada suhu tinggi, hidrogen bertindak balas dengan oksigen, sulfur, klorin dan nitrogen. anda akan belajar apakah eksperimen dengan gas boleh dilakukan di rumah.
Pengalaman interaksi hidrogen dengan oksigen dalam keadaan makmal
Mari kita ambil hidrogen tulen, yang datang melalui tiub keluar gas, dan bakarnya. Ia akan terbakar dengan nyalaan yang hampir tidak ketara. Jika anda meletakkan tiub hidrogen dalam mana-mana bekas, ia akan terus terbakar, dan titisan air akan terbentuk di dinding. Oksigen ini bertindak balas dengan hidrogen:
2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q
Apabila hidrogen terbakar, banyak tenaga haba dihasilkan. Suhu gabungan oksigen dan hidrogen mencapai 2000 °C. Hidrogen teroksida oksigen, jadi tindak balas ini dipanggil tindak balas pengoksidaan.
Di bawah keadaan biasa (tanpa pemanasan), tindak balas berjalan perlahan. Dan pada suhu di atas 550 ° C letupan berlaku (yang dipanggil gas meletup terbentuk). Pada masa dahulu, hidrogen sering digunakan dalam belon, tetapi terdapat banyak kemalangan akibat pembentukan gas yang meletup. Integriti bola telah rosak, dan letupan berlaku: hidrogen bertindak balas dengan oksigen. Oleh itu, helium kini digunakan, yang secara berkala dipanaskan dengan nyalaan.
Klorin bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk hidrogen klorida (hanya dengan kehadiran cahaya dan haba). Tindak balas kimia hidrogen dan klorin kelihatan seperti ini:
H₂ + Cl₂ = 2HCl
Fakta menarik: tindak balas fluorin dengan hidrogen menyebabkan letupan walaupun dalam kegelapan dan suhu di bawah 0 ° C.
Interaksi nitrogen dengan hidrogen hanya boleh berlaku apabila dipanaskan dan dengan kehadiran mangkin. Tindak balas ini menghasilkan ammonia. Persamaan tindak balas:
ЗН₂ + N₂ = 2NN₃
Tindak balas sulfur dan hidrogen berlaku untuk membentuk gas - hidrogen sulfida. Hasilnya ialah bau telur busuk:
H₂ + S = H₂S
Hidrogen bukan sahaja larut dalam logam, tetapi juga boleh bertindak balas dengannya. Akibatnya, sebatian terbentuk yang dipanggil hidrida. Sesetengah hidrida digunakan sebagai bahan api dalam roket. Ia juga digunakan untuk menghasilkan tenaga nuklear.
Tindak balas dengan unsur kimia kompleks
Contohnya, hidrogen dengan kuprum oksida. Mari kita ambil tiub hidrogen dan salurkannya melalui serbuk kuprum oksida. Keseluruhan tindak balas berlaku apabila dipanaskan. Serbuk kuprum hitam akan bertukar menjadi merah keperangan (warna tembaga biasa). Titisan cecair juga akan muncul di kawasan kelalang yang tidak dipanaskan - ini telah terbentuk.
Tindak balas kimia:
CuO + H₂ = Cu + H₂O
Seperti yang kita lihat, hidrogen bertindak balas dengan oksida dan mengurangkan tembaga.
Reaksi pemulihan
Jika bahan menyingkirkan oksida semasa tindak balas, ia adalah agen penurunan. Menggunakan contoh tindak balas kuprum oksida dengan kita melihat bahawa hidrogen adalah agen penurunan. Ia juga bertindak balas dengan beberapa oksida lain seperti HgO, MoO₃ dan PbO. Dalam sebarang tindak balas, jika salah satu unsur adalah agen pengoksidaan, yang lain akan menjadi agen penurunan.
Semua sebatian hidrogen
Sebatian hidrogen dengan bukan logam- gas yang sangat meruap dan beracun (contohnya, hidrogen sulfida, silane, metana).
Hidrogen halida- Hidrogen klorida paling kerap digunakan. Apabila dibubarkan, ia membentuk asid hidroklorik. Kumpulan ini juga termasuk: hidrogen fluorida, hidrogen iodida dan hidrogen bromida. Semua sebatian ini menghasilkan pembentukan asid yang sepadan.
Hidrogen peroksida(rumus kimia H₂O₂) mempamerkan sifat pengoksidaan yang kuat.
Hidrogen hidroksida atau air H₂O.
Hidrida- ini adalah sebatian dengan logam.
Hidroksida- ini adalah asid, bes dan sebatian lain yang mengandungi hidrogen.
Sebatian organik: protein, lemak, lipid, hormon dan lain-lain.
Hidrogen H ialah unsur kimia, salah satu yang paling biasa di Alam Semesta kita. Jisim hidrogen sebagai unsur dalam komposisi bahan ialah 75% daripada jumlah kandungan atom jenis lain. Ia adalah sebahagian daripada sebatian yang paling penting dan penting di planet ini - air. Ciri tersendiri bagi hidrogen juga ialah ia merupakan unsur pertama dalam sistem berkala unsur kimia D.I Mendeleev.
Penemuan dan penerokaan
Sebutan pertama hidrogen dalam tulisan Paracelsus bermula pada abad keenam belas. Tetapi pengasingannya daripada campuran gas udara dan kajian sifat mudah terbakar telah dijalankan pada abad ketujuh belas oleh saintis Lemery. Hidrogen telah dikaji secara menyeluruh oleh seorang ahli kimia, fizik dan saintis semula jadi Inggeris yang secara eksperimen membuktikan bahawa jisim hidrogen adalah yang paling kecil berbanding dengan gas lain. Dalam peringkat perkembangan sains yang seterusnya, ramai saintis bekerja dengannya, khususnya Lavoisier, yang memanggilnya "pelahir air."
Ciri-ciri mengikut jawatan dalam PSHE
Unsur yang membuka jadual berkala D.I Mendeleev ialah hidrogen. Sifat fizikal dan kimia atom menunjukkan dualiti tertentu, kerana hidrogen secara serentak diklasifikasikan sebagai milik kumpulan pertama, subkumpulan utama, jika ia berkelakuan seperti logam dan melepaskan satu elektron dalam proses tindak balas kimia, dan ke ketujuh - dalam kes pengisian lengkap cangkang valensi, iaitu, zarah negatif penerimaan, yang mencirikannya sebagai serupa dengan halogen.
Ciri-ciri struktur elektronik unsur
Sifat bahan kompleks di mana ia dimasukkan, dan bahan termudah H2, terutamanya ditentukan oleh konfigurasi elektronik hidrogen. Zarah itu mempunyai satu elektron dengan Z= (-1), yang berputar di orbitnya mengelilingi nukleus yang mengandungi satu proton dengan jisim unit dan cas positif (+1). Konfigurasi elektroniknya ditulis sebagai 1s 1, yang bermaksud kehadiran satu zarah negatif dalam orbital s yang pertama dan satu-satunya untuk hidrogen.
Apabila elektron dikeluarkan atau diserahkan, dan atom unsur ini mempunyai sifat sedemikian sehingga ia berkaitan dengan logam, kation diperoleh. Pada dasarnya, ion hidrogen adalah zarah asas positif. Oleh itu, hidrogen yang tidak mempunyai elektron dipanggil proton.
Ciri-ciri fizikal
Untuk menerangkan hidrogen secara ringkas, ia adalah gas tidak berwarna, sedikit larut dengan jisim atom relatif 2, 14.5 kali lebih ringan daripada udara, dengan suhu pencairan -252.8 darjah Celsius.
Daripada pengalaman anda boleh mengesahkan dengan mudah bahawa H 2 adalah yang paling ringan. Untuk melakukan ini, cukup untuk mengisi tiga bola dengan pelbagai bahan - hidrogen, karbon dioksida, udara biasa - dan pada masa yang sama melepaskannya dari tangan anda. Yang diisi dengan CO 2 akan sampai ke tanah paling cepat, selepas itu yang ditiup dengan campuran udara akan turun, dan yang mengandungi H 2 akan naik ke siling.
Jisim dan saiz zarah hidrogen yang kecil membenarkan keupayaannya untuk menembusi pelbagai bahan. Menggunakan contoh bola yang sama, adalah mudah untuk mengesahkan ini selepas beberapa hari ia akan mengempis dengan sendirinya, kerana gas hanya akan melalui getah. Hidrogen juga boleh terkumpul dalam struktur beberapa logam (paladium atau platinum), dan menyejat daripadanya apabila suhu meningkat.
Sifat keterlarutan rendah hidrogen digunakan dalam amalan makmal untuk mengasingkannya dengan menyesarkan hidrogen (jadual yang ditunjukkan di bawah mengandungi parameter utama) untuk menentukan skop penggunaan dan kaedah pengeluarannya.
| Parameter atom atau molekul bahan ringkas | Maknanya |
| Jisim atom (jisim molar) | 1.008 g/mol |
| Konfigurasi elektronik | 1s 1 |
| sel kristal | Heksagon |
| Kekonduksian terma | (300 K) 0.1815 W/(m K) |
| Ketumpatan pada n. u. | 0.08987 g/l |
| Suhu mendidih | -252.76 °C |
| Haba pembakaran tertentu | 120.9 10 6 J/kg |
| Suhu lebur | -259.2 °C |
| Keterlarutan dalam air | 18.8 ml/l |
Komposisi isotop
Seperti banyak wakil lain sistem berkala unsur kimia, hidrogen mempunyai beberapa isotop semula jadi, iaitu atom dengan bilangan proton yang sama dalam nukleus, tetapi bilangan neutron yang berbeza - zarah dengan cas sifar dan jisim unit. Contoh atom yang mempunyai sifat yang serupa ialah oksigen, karbon, klorin, bromin dan lain-lain, termasuk yang radioaktif.
Sifat fizikal hidrogen 1H, yang paling biasa daripada wakil kumpulan ini, berbeza dengan ketara daripada ciri-ciri yang sama dengan rakan sejawatannya. Khususnya, ciri-ciri bahan yang terkandung di dalamnya berbeza. Oleh itu, terdapat air biasa dan deuterated, yang mengandungi, bukannya atom hidrogen dengan proton tunggal, deuterium 2 H - isotopnya dengan dua zarah asas: positif dan tidak bercas. Isotop ini adalah dua kali lebih berat daripada hidrogen biasa, yang menerangkan perbezaan dramatik dalam sifat-sifat sebatian yang membentuknya. Secara semula jadi, deuterium didapati 3200 kali lebih kerap daripada hidrogen. Wakil ketiga ialah tritium 3H ia mempunyai dua neutron dan satu proton dalam nukleusnya.
Kaedah pengeluaran dan pengasingan
Kaedah makmal dan industri agak berbeza. Oleh itu, gas dihasilkan dalam kuantiti yang kecil terutamanya melalui tindak balas yang melibatkan bahan mineral, manakala pengeluaran berskala besar menggunakan sintesis organik pada tahap yang lebih besar.
Interaksi kimia berikut digunakan dalam makmal:
Untuk tujuan perindustrian, gas dihasilkan dengan kaedah berikut:
- Penguraian terma metana dengan kehadiran pemangkin kepada bahan ringkas konstituennya (nilai penunjuk seperti suhu mencapai 350 darjah) - hidrogen H2 dan karbon C.
- Melewati air berwap melalui kok pada 1000 darjah Celsius untuk membentuk karbon dioksida CO 2 dan H 2 (kaedah yang paling biasa).
- Penukaran gas metana pada mangkin nikel pada suhu mencecah 800 darjah.
- Hidrogen ialah hasil sampingan daripada elektrolisis larutan akueus kalium atau natrium klorida.
Interaksi kimia: peruntukan am
Sifat fizikal hidrogen sebahagian besarnya menerangkan kelakuannya dalam proses tindak balas dengan sebatian tertentu. Valensi hidrogen ialah 1, kerana ia terletak dalam kumpulan pertama dalam jadual berkala, dan tahap pengoksidaan berbeza-beza. Dalam semua sebatian, kecuali hidrida, hidrogen dalam d.o., dalam molekul jenis CN, CN 2, CN 3 - (1-).
Molekul gas hidrogen, yang terbentuk dengan mencipta pasangan elektron umum, terdiri daripada dua atom dan agak stabil secara bertenaga, itulah sebabnya dalam keadaan biasa ia agak lengai dan bertindak balas apabila keadaan normal berubah. Bergantung pada tahap pengoksidaan hidrogen dalam komposisi bahan lain, ia boleh bertindak sebagai agen pengoksidaan dan agen penurunan.
Bahan yang hidrogen bertindak balas dan terbentuk
Interaksi unsur untuk membentuk bahan kompleks (selalunya pada suhu tinggi):
- Logam alkali dan alkali tanah + hidrogen = hidrida.
- Halogen + H 2 = hidrogen halida.
- Sulfur + hidrogen = hidrogen sulfida.
- Oksigen + H 2 = air.
- Karbon + hidrogen = metana.
- Nitrogen + H 2 = ammonia.
Interaksi dengan bahan kompleks:
- Penghasilan gas sintesis daripada karbon monoksida dan hidrogen.
- Pengurangan logam daripada oksidanya menggunakan H 2.
- Ketepuan hidrokarbon alifatik tak tepu dengan hidrogen.
Ikatan hidrogen
Sifat fizikal hidrogen adalah sedemikian rupa sehingga membolehkannya, apabila digabungkan dengan unsur elektronegatif, untuk membentuk jenis ikatan khas dengan atom yang sama daripada molekul jiran yang mempunyai pasangan elektron tunggal (contohnya, oksigen, nitrogen dan fluorin). Contoh paling jelas di mana lebih baik untuk mempertimbangkan fenomena ini ialah air. Ia boleh dikatakan dijahit dengan ikatan hidrogen, yang lebih lemah daripada kovalen atau ion, tetapi disebabkan oleh fakta bahawa terdapat banyak daripada mereka, ia mempunyai kesan yang ketara terhadap sifat bahan. Pada asasnya, ikatan hidrogen ialah interaksi elektrostatik yang mengikat molekul air menjadi dimer dan polimer, menimbulkan takat didihnya yang tinggi.
Hidrogen dalam sebatian mineral
Semuanya mengandungi proton, kation atom seperti hidrogen. Bahan yang sisa berasidnya mempunyai keadaan pengoksidaan lebih besar daripada (-1) dipanggil sebatian polibes. Ia mengandungi beberapa atom hidrogen, yang menjadikan pemisahan dalam larutan akueus berbilang peringkat. Setiap proton seterusnya menjadi semakin sukar untuk dikeluarkan daripada sisa asid. Keasidan medium ditentukan oleh kandungan kuantitatif hidrogen dalam medium.
Aplikasi dalam aktiviti manusia
Silinder dengan bahan, serta bekas dengan gas cecair lain, seperti oksigen, mempunyai rupa khusus. Mereka dicat hijau gelap dengan perkataan "Hidrogen" yang ditulis dengan warna merah terang. Gas dipam ke dalam silinder di bawah tekanan kira-kira 150 atmosfera. Sifat fizikal hidrogen, khususnya ringannya keadaan gas pengagregatan, digunakan untuk mengisi belon, belon, dsb. dengannya bercampur dengan helium.
Hidrogen, sifat fizikal dan kimia yang digunakan oleh orang ramai bertahun-tahun yang lalu, kini digunakan dalam banyak industri. Sebahagian besarnya pergi ke pengeluaran ammonia. Hidrogen juga mengambil bahagian dalam (hafnium, germanium, galium, silikon, molibdenum, tungsten, zirkonium dan lain-lain) oksida, bertindak dalam tindak balas sebagai agen pengurangan, asid hidrosianik dan hidroklorik, serta bahan api cecair tiruan. Industri makanan menggunakannya untuk menukar minyak sayuran kepada lemak pepejal.
Sifat kimia dan penggunaan hidrogen dalam pelbagai proses penghidrogenan dan penghidrogenan lemak, arang batu, hidrokarbon, minyak dan minyak bahan api telah ditentukan. Ia digunakan untuk menghasilkan batu berharga, lampu pijar, dan menempa dan mengimpal produk logam di bawah pengaruh nyalaan oksigen-hidrogen.
Atom hidrogen mempunyai formula elektronik tahap elektron luar (dan sahaja) 1 s 1 . Di satu pihak, dari segi kehadiran satu elektron pada tahap elektronik luar, atom hidrogen adalah serupa dengan atom logam alkali. Walau bagaimanapun, sama seperti halogen, ia hanya memerlukan satu elektron untuk mengisi tahap elektronik luar, kerana tahap elektronik pertama boleh mengandungi tidak lebih daripada 2 elektron. Ternyata hidrogen boleh diletakkan serentak dalam kedua-dua kumpulan pertama dan kedua terakhir (ketujuh) jadual berkala, yang kadang-kadang dilakukan dalam pelbagai versi sistem berkala:
Dari sudut pandangan sifat hidrogen sebagai bahan mudah, ia masih mempunyai lebih banyak persamaan dengan halogen. Hidrogen, seperti halogen, adalah bukan logam dan membentuk molekul diatomik (H 2) seperti mereka.
Di bawah keadaan biasa, hidrogen ialah bahan gas, rendah aktif. Aktiviti hidrogen yang rendah dijelaskan oleh kekuatan tinggi ikatan antara atom hidrogen dalam molekul, yang pemecahannya memerlukan pemanasan yang kuat, atau penggunaan pemangkin, atau kedua-duanya.
Interaksi hidrogen dengan bahan mudah
dengan logam
Daripada logam, hidrogen bertindak balas hanya dengan logam alkali dan alkali tanah! Logam alkali termasuk logam subkumpulan utama kumpulan I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), dan logam alkali tanah termasuk logam subkumpulan utama kumpulan II, kecuali berilium dan magnesium (Ca, Sr, Ba, Ra)
Apabila berinteraksi dengan logam aktif, hidrogen mempamerkan sifat pengoksidaan, i.e. merendahkan keadaan pengoksidaannya. Dalam kes ini, hidrida logam alkali dan alkali tanah terbentuk, yang mempunyai struktur ionik. Tindak balas berlaku apabila dipanaskan:
Perlu diingatkan bahawa interaksi dengan logam aktif adalah satu-satunya kes apabila molekul hidrogen H2 adalah agen pengoksidaan.
dengan bukan logam
Daripada bukan logam, hidrogen bertindak balas hanya dengan karbon, nitrogen, oksigen, sulfur, selenium dan halogen!
Karbon harus difahami sebagai grafit atau karbon amorf, kerana berlian adalah pengubahsuaian alotropik karbon yang sangat lengai.
Apabila berinteraksi dengan bukan logam, hidrogen hanya boleh melaksanakan fungsi agen penurunan, iaitu, hanya meningkatkan keadaan pengoksidaannya:
Interaksi hidrogen dengan bahan kompleks
dengan oksida logam
Hidrogen tidak bertindak balas dengan oksida logam yang berada dalam siri aktiviti logam sehingga aluminium (termasuk), namun, ia mampu mengurangkan banyak oksida logam di sebelah kanan aluminium apabila dipanaskan:
dengan oksida bukan logam
Daripada oksida bukan logam, hidrogen bertindak balas apabila dipanaskan dengan oksida nitrogen, halogen dan karbon. Daripada semua interaksi hidrogen dengan oksida bukan logam, terutamanya yang perlu diberi perhatian ialah tindak balasnya dengan karbon monoksida CO.
Campuran CO dan H2 juga mempunyai namanya sendiri - "gas sintesis", kerana, bergantung kepada keadaan, produk perindustrian yang popular seperti metanol, formaldehid dan juga hidrokarbon sintetik boleh diperoleh daripadanya:
dengan asid
Hidrogen tidak bertindak balas dengan asid tak organik!
Daripada asid organik, hidrogen bertindak balas hanya dengan asid tak tepu, serta dengan asid yang mengandungi kumpulan berfungsi yang mampu direduksi dengan hidrogen, khususnya kumpulan aldehid, keto atau nitro.
dengan garam
Dalam kes larutan akueus garam, interaksinya dengan hidrogen tidak berlaku. Walau bagaimanapun, apabila hidrogen disalurkan ke atas garam pepejal beberapa logam aktiviti sederhana dan rendah, pengurangan separa atau lengkapnya adalah mungkin, contohnya:
Sifat kimia halogen
Halogen ialah unsur kimia kumpulan VIIA (F, Cl, Br, I, At), serta bahan mudah yang terbentuk. Di sini dan seterusnya dalam teks, melainkan dinyatakan sebaliknya, halogen akan difahami sebagai bahan mudah.
Semua halogen mempunyai struktur molekul, yang menentukan takat lebur dan didih rendah bahan-bahan ini. Molekul halogen adalah diatomik, i.e. formula mereka boleh ditulis dalam bentuk umum sebagai Hal 2.
Perlu diperhatikan sifat fizikal tertentu iodin seperti keupayaannya pemejalwapan atau, dengan kata lain, pemejalwapan. Sublimasi, ialah fenomena di mana bahan dalam keadaan pepejal tidak cair apabila dipanaskan, tetapi, memintas fasa cecair, serta-merta masuk ke dalam keadaan gas.
Struktur elektronik tahap tenaga luaran atom mana-mana halogen mempunyai bentuk ns 2 np 5, di mana n ialah bilangan tempoh jadual berkala di mana halogen itu terletak. Seperti yang anda lihat, atom halogen hanya memerlukan satu elektron untuk mencapai kulit luar lapan elektron. Daripada ini adalah logik untuk menganggap ciri-ciri pengoksidaan utama halogen bebas, yang disahkan dalam amalan. Seperti yang diketahui, keelektronegatifan bukan logam berkurangan apabila bergerak ke bawah subkumpulan, dan oleh itu aktiviti halogen berkurangan dalam siri:
F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2
Interaksi halogen dengan bahan mudah
Semua halogen adalah bahan yang sangat reaktif dan bertindak balas dengan kebanyakan bahan mudah. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa fluorin, kerana kereaktifannya yang sangat tinggi, boleh bertindak balas walaupun dengan bahan mudah yang tidak dapat bertindak balas dengan halogen lain. Bahan mudah tersebut termasuk oksigen, karbon (berlian), nitrogen, platinum, emas dan beberapa gas mulia (xenon dan krypton). Itu. sebenarnya, fluorin tidak bertindak balas hanya dengan beberapa gas mulia.
Baki halogen, i.e. klorin, bromin dan iodin juga merupakan bahan aktif, tetapi kurang aktif daripada fluorin. Mereka bertindak balas dengan hampir semua bahan mudah kecuali oksigen, nitrogen, karbon dalam bentuk berlian, platinum, emas dan gas mulia.
Interaksi halogen dengan bukan logam
hidrogen
Apabila semua halogen berinteraksi dengan hidrogen, ia terbentuk hidrogen halida dengan formula am HHal. Dalam kes ini, tindak balas fluorin dengan hidrogen bermula secara spontan walaupun dalam gelap dan diteruskan dengan letupan mengikut persamaan:
Tindak balas klorin dengan hidrogen boleh dimulakan dengan penyinaran atau haba ultraviolet yang sengit. Juga diteruskan dengan letupan:
Bromin dan iodin bertindak balas dengan hidrogen hanya apabila dipanaskan, dan pada masa yang sama, tindak balas dengan iodin boleh diterbalikkan:
fosforus
Interaksi fluorin dengan fosforus membawa kepada pengoksidaan fosforus kepada keadaan pengoksidaan tertinggi (+5). Dalam kes ini, fosforus pentafluorida terbentuk:
Apabila klorin dan bromin berinteraksi dengan fosforus, adalah mungkin untuk mendapatkan fosforus halida dalam keadaan pengoksidaan + 3 dan dalam keadaan pengoksidaan +5, yang bergantung pada perkadaran bahan yang bertindak balas:
Selain itu, dalam kes fosforus putih dalam suasana fluorin, klorin atau cecair bromin, tindak balas bermula secara spontan.
Interaksi fosforus dengan iodin boleh menyebabkan pembentukan hanya triodida fosforus kerana keupayaan pengoksidaannya yang jauh lebih rendah daripada halogen lain:
kelabu
Fluorin mengoksidakan sulfur kepada keadaan pengoksidaan tertinggi +6, membentuk sulfur heksafluorida:
Klorin dan bromin bertindak balas dengan sulfur, membentuk sebatian yang mengandungi sulfur dalam keadaan pengoksidaan +1 dan +2, yang sangat luar biasa untuknya. Interaksi ini sangat spesifik, dan untuk lulus Peperiksaan Negeri Bersepadu dalam kimia, keupayaan untuk menulis persamaan untuk interaksi ini tidak diperlukan. Oleh itu, tiga persamaan berikut diberikan sebagai rujukan:
Interaksi halogen dengan logam
Seperti yang dinyatakan di atas, fluorin mampu bertindak balas dengan semua logam, walaupun yang rendah aktif seperti platinum dan emas:
Baki halogen bertindak balas dengan semua logam kecuali platinum dan emas:
Tindak balas halogen dengan bahan kompleks
Tindak balas penggantian dengan halogen
Halogen yang lebih aktif, i.e. unsur kimia yang terletak lebih tinggi dalam jadual berkala mampu menyesarkan halogen kurang aktif daripada asid hidrohalik dan halida logam yang terbentuk:
Begitu juga, bromin dan iodin menyesarkan sulfur daripada larutan sulfida dan atau hidrogen sulfida:
Klorin ialah agen pengoksidaan yang lebih kuat dan mengoksidakan hidrogen sulfida dalam larutan akueusnya bukan kepada sulfur, tetapi kepada asid sulfurik:
Tindak balas halogen dengan air
Air terbakar dalam fluorin dengan nyalaan biru mengikut persamaan tindak balas:
Bromin dan klorin bertindak balas secara berbeza dengan air daripada fluorin. Jika fluorin bertindak sebagai agen pengoksidaan, maka klorin dan bromin adalah tidak seimbang dalam air, membentuk campuran asid. Dalam kes ini, tindak balas boleh diterbalikkan:
Interaksi iodin dengan air berlaku pada tahap yang tidak ketara sehingga boleh diabaikan dan boleh diandaikan bahawa tindak balas tidak berlaku sama sekali.
Interaksi halogen dengan larutan alkali
Fluorin, apabila berinteraksi dengan larutan alkali berair, sekali lagi bertindak sebagai agen pengoksidaan:
Keupayaan untuk menulis persamaan ini tidak diperlukan untuk lulus Peperiksaan Negeri Bersepadu. Ia cukup untuk mengetahui fakta tentang kemungkinan interaksi sedemikian dan peranan oksidatif fluorin dalam tindak balas ini.
Tidak seperti fluorin, halogen lain dalam larutan alkali adalah tidak seimbang, iaitu, mereka secara serentak meningkatkan dan mengurangkan keadaan pengoksidaannya. Selain itu, dalam kes klorin dan bromin, bergantung pada suhu, aliran dalam dua arah berbeza adalah mungkin. Khususnya, dalam keadaan sejuk, tindak balas berlaku seperti berikut:
dan apabila dipanaskan:
Iodin bertindak balas dengan alkali secara eksklusif mengikut pilihan kedua, i.e. dengan pembentukan iodat, kerana Hypoiodite tidak stabil bukan sahaja apabila dipanaskan, tetapi juga pada suhu biasa dan walaupun dalam keadaan sejuk.
Mari kita lihat apa itu hidrogen. Sifat kimia dan penghasilan bukan logam ini dipelajari dalam kursus kimia bukan organik di sekolah. Elemen inilah yang mengetuai jadual berkala Mendeleev, dan oleh itu patut diberi penerangan terperinci.
Maklumat ringkas tentang membuka elemen
Sebelum melihat sifat fizikal dan kimia hidrogen, mari kita ketahui bagaimana unsur penting ini ditemui.
Ahli kimia yang bekerja pada abad keenam belas dan ketujuh belas berulang kali menyebut dalam tulisan mereka tentang gas mudah terbakar yang dibebaskan apabila asid terdedah kepada logam aktif. Pada separuh kedua abad kelapan belas, G. Cavendish berjaya mengumpul dan menganalisis gas ini, memberikannya nama "gas mudah terbakar."
Sifat fizikal dan kimia hidrogen tidak dikaji pada masa itu. Hanya pada akhir abad kelapan belas A. Lavoisier dapat membuktikan melalui analisis bahawa gas ini boleh diperolehi dengan menganalisis air. Tidak lama kemudian, dia mula memanggil unsur baru hidrogen, yang diterjemahkan bermaksud "melahirkan air." Hidrogen berhutang nama Rusia modennya kepada M. F. Solovyov.
Berada di alam semula jadi
Sifat kimia hidrogen hanya boleh dianalisis berdasarkan kejadiannya di alam semula jadi. Unsur ini terdapat dalam hidro dan litosfera, dan juga merupakan sebahagian daripada mineral: gas asli dan berkaitan, gambut, minyak, arang batu, syal minyak. Sukar untuk membayangkan orang dewasa yang tidak tahu bahawa hidrogen adalah komponen air.
Selain itu, bukan logam ini terdapat dalam badan haiwan dalam bentuk asid nukleik, protein, karbohidrat, dan lemak. Di planet kita, unsur ini ditemui dalam bentuk bebas agak jarang, mungkin hanya dalam gas asli dan gunung berapi.
Dalam bentuk plasma, hidrogen membentuk kira-kira separuh jisim bintang dan Matahari, di samping itu, ia adalah sebahagian daripada gas antara bintang. Sebagai contoh, dalam bentuk bebas, serta dalam bentuk metana dan ammonia, bukan logam ini terdapat dalam komet dan juga beberapa planet.
Ciri-ciri fizikal
Sebelum mempertimbangkan sifat kimia hidrogen, kita perhatikan bahawa dalam keadaan biasa ia adalah bahan gas yang lebih ringan daripada udara, mempunyai beberapa bentuk isotop. Ia hampir tidak larut dalam air dan mempunyai kekonduksian haba yang tinggi. Protium, yang mempunyai nombor jisim 1, dianggap sebagai bentuk paling ringan. Tritium, yang mempunyai sifat radioaktif, terbentuk secara semula jadi daripada nitrogen atmosfera apabila neuron mendedahkannya kepada sinaran UV.
Ciri-ciri struktur molekul
Untuk mempertimbangkan sifat kimia hidrogen dan ciri tindak balasnya, mari kita memikirkan ciri-ciri strukturnya. Molekul diatomik ini mengandungi ikatan kimia nonpolar kovalen. Pembentukan hidrogen atom adalah mungkin melalui interaksi logam aktif dengan larutan asid. Tetapi dalam bentuk ini, bukan logam ini boleh wujud hanya untuk jangka masa yang singkat; hampir serta-merta ia bergabung semula menjadi bentuk molekul.
Sifat kimia
Mari kita pertimbangkan sifat kimia hidrogen. Dalam kebanyakan sebatian yang membentuk unsur kimia ini, ia mempamerkan keadaan pengoksidaan +1, yang menjadikannya serupa dengan logam aktif (alkali). Sifat kimia utama hidrogen yang mencirikannya sebagai logam:
- interaksi dengan oksigen untuk membentuk air;
- tindak balas dengan halogen, disertai dengan pembentukan hidrogen halida;
- menghasilkan hidrogen sulfida dengan menggabungkan dengan sulfur.
Di bawah ialah persamaan untuk tindak balas yang mencirikan sifat kimia hidrogen. Sila ambil perhatian bahawa sebagai bukan logam (dengan keadaan pengoksidaan -1) ia bertindak hanya dalam tindak balas dengan logam aktif, membentuk hidrida yang sepadan dengannya.
Hidrogen pada suhu biasa bertindak balas secara tidak aktif dengan bahan lain, jadi kebanyakan tindak balas berlaku hanya selepas pemanasan awal.
Marilah kita membincangkan dengan lebih terperinci tentang beberapa interaksi kimia unsur yang mengetuai sistem unsur kimia berkala Mendeleev.
Tindak balas pembentukan air disertai dengan pembebasan 285.937 kJ tenaga. Pada suhu tinggi (lebih daripada 550 darjah Celsius), proses ini disertai dengan letupan yang kuat.
Di antara sifat-sifat kimia gas hidrogen yang telah menemui aplikasi penting dalam industri, interaksinya dengan oksida logam adalah menarik. Ia adalah melalui penghidrogenan pemangkin bahawa dalam industri moden oksida logam diproses, sebagai contoh, logam tulen diasingkan daripada skala besi (oksida besi campuran). Kaedah ini membolehkan kitar semula besi buruk dengan cekap.
Sintesis ammonia, yang melibatkan interaksi hidrogen dengan nitrogen udara, juga dalam permintaan dalam industri kimia moden. Antara syarat untuk interaksi kimia ini, kita perhatikan tekanan dan suhu.
Kesimpulan
Ia adalah hidrogen yang merupakan bahan kimia aktif rendah dalam keadaan normal. Apabila suhu meningkat, aktivitinya meningkat dengan ketara. Bahan ini diperlukan dalam sintesis organik. Sebagai contoh, penghidrogenan boleh mengurangkan keton kepada alkohol sekunder dan menukar aldehid kepada alkohol primer. Di samping itu, melalui penghidrogenan adalah mungkin untuk menukar hidrokarbon tak tepu kelas etilena dan asetilena kepada sebatian tepu siri metana. Hidrogen dianggap sebagai bahan mudah dalam permintaan dalam pengeluaran kimia moden.
Hidrogen ditemui pada separuh kedua abad ke-18 oleh saintis Inggeris dalam bidang fizik dan kimia G. Cavendish. Dia berjaya mengasingkan bahan itu dalam keadaan tulen, mula mengkajinya dan menerangkan sifat-sifatnya.
Ini adalah kisah penemuan hidrogen. Semasa eksperimen, penyelidik menentukan bahawa ia adalah gas mudah terbakar, pembakarannya di udara menghasilkan air. Ini membawa kepada penentuan komposisi kualitatif air.
Apa itu hidrogen
Ahli kimia Perancis A. Lavoisier pertama kali mengumumkan hidrogen sebagai bahan ringkas pada tahun 1784, kerana dia menentukan bahawa molekulnya mengandungi atom jenis yang sama.
Nama unsur kimia dalam bahasa Latin berbunyi seperti hidrogenium (baca "hydrogenium"), yang bermaksud "pemberi air." Nama itu merujuk kepada tindak balas pembakaran yang menghasilkan air.
Ciri-ciri hidrogen
Penetapan hidrogen N. Mendeleev memberikan nombor atom pertama kepada unsur kimia ini, meletakkannya dalam subkumpulan utama kumpulan pertama dan tempoh pertama dan bersyarat dalam subkumpulan utama kumpulan ketujuh.
Berat atom (jisim atom) hidrogen ialah 1.00797. Berat molekul H2 ialah 2 a. e. Jisim molar adalah sama dengannya.
Ia diwakili oleh tiga isotop yang mempunyai nama khas: protium yang paling biasa (H), deuterium berat (D), tritium radioaktif (T).
Ia adalah unsur pertama yang boleh dipisahkan sepenuhnya kepada isotop dengan cara yang mudah. Ia berdasarkan perbezaan jisim isotop yang tinggi. Proses ini pertama kali dijalankan pada tahun 1933. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa hanya pada tahun 1932 isotop dengan jisim 2 ditemui.
Ciri-ciri fizikal
Dalam keadaan biasa, bahan ringkas hidrogen dalam bentuk molekul diatomik adalah gas, tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Sedikit larut dalam air dan pelarut lain.
Suhu penghabluran - 259.2 o C, takat didih - 252.8 o C. Diameter molekul hidrogen adalah sangat kecil sehingga mereka mempunyai keupayaan untuk meresap secara perlahan melalui beberapa bahan (getah, kaca, logam). Sifat ini digunakan apabila perlu untuk membersihkan hidrogen daripada kekotoran gas. Apabila n. u. hidrogen mempunyai ketumpatan 0.09 kg/m3.
Adakah mungkin untuk mengubah hidrogen menjadi logam dengan analogi dengan unsur-unsur yang terletak dalam kumpulan pertama? Para saintis telah mendapati bahawa hidrogen, dalam keadaan apabila tekanan menghampiri 2 juta atmosfera, mula menyerap sinar inframerah, yang menunjukkan polarisasi molekul bahan. Mungkin, pada tekanan yang lebih tinggi, hidrogen akan menjadi logam.
Ini menarik: terdapat andaian bahawa pada planet gergasi, Musytari dan Zuhal, hidrogen ditemui dalam bentuk logam. Diandaikan bahawa hidrogen pepejal logam juga terdapat dalam teras bumi, disebabkan oleh tekanan ultra tinggi yang dicipta oleh mantel bumi.
Sifat kimia
Kedua-dua bahan mudah dan kompleks memasuki interaksi kimia dengan hidrogen. Tetapi aktiviti hidrogen yang rendah perlu ditingkatkan dengan mewujudkan keadaan yang sesuai - meningkatkan suhu, menggunakan pemangkin, dsb.
Apabila dipanaskan, bahan mudah seperti oksigen (O 2), klorin (Cl 2), nitrogen (N 2), sulfur (S) bertindak balas dengan hidrogen.
Jika anda menyalakan hidrogen tulen di hujung tiub keluar gas di udara, ia akan terbakar sama rata, tetapi hampir tidak ketara. Jika anda meletakkan tiub keluar gas dalam suasana oksigen tulen, maka pembakaran akan diteruskan dengan pembentukan titisan air di dinding kapal, akibat tindak balas:
Pembakaran air disertai dengan pembebasan sejumlah besar haba. Ia adalah tindak balas sebatian eksotermik di mana hidrogen dioksidakan oleh oksigen untuk membentuk oksida H 2 O. Ia juga merupakan tindak balas redoks di mana hidrogen teroksida dan oksigen dikurangkan.
Tindak balas dengan Cl 2 berlaku sama untuk membentuk hidrogen klorida.
Interaksi nitrogen dengan hidrogen memerlukan suhu tinggi dan tekanan tinggi, serta kehadiran mangkin. Hasilnya ialah ammonia.
Akibat tindak balas dengan sulfur, hidrogen sulfida terbentuk, pengiktirafannya difasilitasi oleh bau ciri telur busuk.
Keadaan pengoksidaan hidrogen dalam tindak balas ini ialah +1, dan dalam hidrida yang diterangkan di bawah - 1.
Apabila bertindak balas dengan beberapa logam, hidrida terbentuk, contohnya, natrium hidrida - NaH. Beberapa sebatian kompleks ini digunakan sebagai bahan api untuk roket, serta dalam kuasa termonuklear.
Hidrogen juga bertindak balas dengan bahan daripada kategori kompleks. Contohnya, dengan kuprum (II) oksida, formula CuO. Untuk menjalankan tindak balas, kuprum hidrogen disalurkan ke atas serbuk kuprum (II) oksida yang dipanaskan. Semasa interaksi, reagen bertukar warna dan menjadi merah-coklat, dan titisan air mengendap di dinding sejuk tabung uji.
Hidrogen teroksida semasa tindak balas, membentuk air, dan kuprum dikurangkan daripada oksida kepada bahan ringkas (Cu).
Kawasan kegunaan
Hidrogen sangat penting untuk manusia dan digunakan dalam pelbagai bidang:
- Dalam pengeluaran kimia ia adalah bahan mentah, dalam industri lain ia adalah bahan api. Perusahaan petrokimia dan penapisan minyak tidak boleh dilakukan tanpa hidrogen.
- Dalam industri kuasa elektrik, bahan mudah ini bertindak sebagai agen penyejuk.
- Dalam metalurgi ferus dan bukan ferus, hidrogen memainkan peranan sebagai agen penurunan.
- Ini membantu mewujudkan persekitaran lengai semasa membungkus produk.
- Industri farmaseutikal - menggunakan hidrogen sebagai reagen dalam penghasilan hidrogen peroksida.
- Belon cuaca dipenuhi dengan gas ringan ini.
- Elemen ini juga dikenali sebagai pengurang bahan api untuk enjin roket.
Para saintis sebulat suara meramalkan bahawa bahan api hidrogen akan menerajui sektor tenaga.
Penerimaan dalam industri
Dalam industri, hidrogen dihasilkan melalui elektrolisis, yang tertakluk kepada klorida atau hidroksida logam alkali yang dilarutkan dalam air. Ia juga mungkin untuk mendapatkan hidrogen terus daripada air menggunakan kaedah ini.
Penukaran kok atau metana dengan wap air digunakan untuk tujuan ini. Penguraian metana pada suhu tinggi juga menghasilkan hidrogen. Pencairan gas ketuhar kok dengan kaedah pecahan juga digunakan untuk pengeluaran industri hidrogen.
Diperolehi di makmal
Di makmal, radas Kipp digunakan untuk menghasilkan hidrogen.
Reagen ialah asid hidroklorik atau sulfurik dan zink. Tindak balas menghasilkan hidrogen.
Mencari hidrogen dalam alam semula jadi
Hidrogen adalah lebih biasa daripada unsur lain di Alam Semesta. Sebahagian besar bintang, termasuk Matahari, dan badan kosmik lain adalah hidrogen.
Dalam kerak bumi hanya 0.15%. Ia terdapat dalam banyak mineral, dalam semua bahan organik, dan juga dalam air, yang meliputi 3/4 permukaan planet kita.
Jejak hidrogen tulen boleh didapati di lapisan atas atmosfera. Ia juga terdapat dalam beberapa gas asli mudah terbakar.
Hidrogen gas adalah yang paling kurang tumpat, dan hidrogen cecair ialah bahan paling tumpat di planet kita. Dengan bantuan hidrogen, anda boleh menukar timbre suara anda jika anda menyedutnya dan bercakap semasa anda menghembus nafas.
Bom hidrogen yang paling berkuasa adalah berdasarkan pemisahan atom paling ringan.