Химия элементов - Водород

Водород

План конспекта

I. Общая характеристика

II. Нахождение в природе

III. Основные соединения

IV. Значение и применение

• Способы получения
• Химические свойства

I. Общая характеристика

• Водород ( hydrogenium – рождающий воду ) был открыт английским химиком Генри Кавендишем в 1766 г.
• Водород – легкий газ без цвета, без запаха, плохо растворим в воде, в смеси с воздухом (гремучий газ) горюч и крайне взрывоопасен.
• Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью: Н–Н (Н 2 )
• Электронная конфигурация   водорода в основном состоянии : 1s 1       
• Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии. Возбужденного состояния у атома водорода нет.
• Степени окисления водорода: -1, 0, +1.

• В природе существуют три изотопа водорода. Наиболее распространен протий - 99,9885 ± 0,0070 %. Тритий радиоактивен.

Водород занимает двойственное положение в периодической системе элементов, его принято размещать и в I, и в VII группах (в главных подгруппах). Это объясняется тем, что он может проявлять свойства как восстановителя (легко отдает свой единственный электрон, как элементы IА группы), так и окислителя ( ему не хватает 1 электрона для завершения слоя, как и элементам VIIA группы).

II. Нахождение в природе

• В настоящее время водород является самым распространённым элементом во Вселенной. На его долю приходится около 88,6% всех атомов (около 11,3% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — порядка 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звезд и межзвездного газа.
• В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000°C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве в виде отдельных молекул, атомов и ионов.
• На планете Земля в свободном состоянии водорода практически нет (0,00005% по объёму для сухого воздуха). В основном он находится в виде соединений (вода, нефть, природный газ, гидроксиды и другие).
• Массовая доля водорода в земной коре составляет 1% — это 10-й по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди других элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52%).
• Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63%.

• Термоядерные реакции, в которых из ядер малой массы синтезируются более массивные , — основной источник энергии звёзд, причём наибольший вклад в общее количество выделяемой энергии вносят реакции термоядерного горения водорода
• При сверхвысоком давлении водород может стать металлическим. Считается, что большие количества металлического водорода присутствуют в ядрах планет-гигантов — Юпитера, Сатурна

III. Основные соединения

IV. Значение и применение

• Применение

• Значение

Заполните в конспекте самостоятельно

Способы получения водорода

• В промышленности:

• Электролиз воды
• Паровая конверсия угля C + H 2 O → CO + H 2 ↑
• Паровая конверсия метана СН 4 + Н 2 O → СО + 3Н 2 ↑

• В лаборатории:

• Вытеснением из растворов кислот металлами средней активности:

• При взаимодействии амфотерных металлов с растворами щелочей:

Zn  +  2KOH  +  2H 2 O  =  K 2 [Zn(OH) 4 ]  +  H 2 ↑

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 ↑

Сбор водорода и проверка на чистоту

Собирают водород двумя способами:

• вытеснением воздуха (при том пробирку переворачивают вверх дном, так как водород легче воздуха)
• вытеснением воды (водород плохо растворяется в воде)

Проверяют водород на чистоту: подносят пробирку с газом к пламени спиртовки, водород сгорает с характерным «лающим» хлопком. Чем чище водород, тем тише хлопок.

Химические свойства водорода

• Реагирует с активными металлами (в ряду до Al), как окислитель, образуя гидриды:

2Na + H 2  2NaH

Ca + H 2  CaH

• Реагирует с большинством неметаллов (кроме Si и P), как восстановитель, образуя летучие водородные соединения (кроме Si и P):

S + H 2  H 2 S

Cl 2 + H 2  2HCl

• Не реагирует с водой, кислотами и основаниями

Химические свойства водорода

• Реагирует с некоторыми солями, как восстановитель:

BaSO 4 +4H 2  BaS + 4H 2 O

• Реагирует с оксидами металлов (в ряду от Mn), как восстановитель (металлургия):

ZnO + H 2  Zn + H 2 O

CuO + H 2  Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + H 2  2FeO + H 2 O

FeO + H 2  Fe + H 2 O

Этот способ восстановления металлов из руд (нерастворимых оксидов) лежит в основе пирометаллургии.

Но таким образом не получают очень активные металлы (ЩМ и ЩЗМ), а также алюминий