Povijest otkrića vodika

Ako je to najzastupljeniji kemijski element na Zemlji, onda je vodik najzastupljeniji element u cijelom svemiru. Naše (i druge zvijezde) su otprilike pola vodik, a što se tiče međuzvjezdanog plina, 90% atoma vodika. Ovaj kemijski element također zauzima značajno mjesto na Zemlji, jer zajedno s kisikom ulazi u sastav vode, a sam naziv "vodik" dolazi od dva prastara grčke riječi: "voda" i "ja rađam." Osim vode, u većini je prisutan vodik organska tvar i stanica, bez njega, kao i bez kisika, sam život bio bi nezamisliv.

Povijest otkrića vodika

Prvi među znanstvenicima koji je primijetio vodik bio je veliki alkemičar i liječnik srednjeg vijeka Theophrastus Paracelsus. U svojim alkemijskim pokusima, u nadi da će pronaći "kamen mudraca", miješanjem s kiselinama, Paracelsus je dobio neki dosad nepoznati zapaljivi plin. Istina, ovaj plin nije bilo moguće odvojiti od zraka.

Samo stoljeće i pol nakon Paracelsusa francuski kemičar Lemery uspio je odvojiti vodik od zraka i dokazati njegovu zapaljivost. Istina, Lemery nije razumio da je plin koji je primio čisti vodik. Paralelno se sličnim kemijskim eksperimentima bavio i ruski znanstvenik Lomonosov, no pravi proboj u proučavanju vodika napravio je engleski kemičar Henry Cavendish, koji se s pravom smatra pronalazačem vodika.

Godine 1766. Cavendish je uspio dobiti čisti vodik koji je nazvao "zapaljivi zrak". Nakon još 20 godina, talentirani francuski kemičar Antoine Lavoisier uspio je sintetizirati vodu i iz nje izvući upravo ovaj "zapaljivi zrak" - vodik. I usput, Lavoisier je bio taj koji je predložio ime vodika - "Hydrogenium", odnosno "vodik".

Antoine Lavoisier sa suprugom, koja mu je pomogla u provođenju kemijskih eksperimenata, uključujući sintezu vodika.

U srcu lokacije kemijski elementi u periodni sustav Mendeljejev leži njihova atomska težina, izračunata u odnosu na atomsku težinu vodika. Odnosno, drugim riječima, vodik i njegova atomska težina je kamen temeljac periodnog sustava, uporište na temelju kojeg je veliki kemičar stvorio svoj sustav. Stoga ne čudi da vodik zauzima počasno prvo mjesto u periodnom sustavu.

Osim toga, vodik ima sljedeće karakteristike:

• Atomska masa vodika je 1,00795.
• Vodik ima tri izotopa, od kojih svaki ima posebna svojstva.
• Vodik je lagani element niske gustoće.
• Vodik ima i redukcijska i oksidacijska svojstva.
• Ulazeći u metale, vodik prihvaća njihov elektron i postaje oksidacijsko sredstvo. Takvi spojevi nazivaju se hidrati.

Vodik je plin, njegova se molekula sastoji od dva atoma.

Ovako izgleda molekula vodika.

Molekularni vodik, formiran od takvih dvoatomnih molekula, eksplodira kada se prinese goruća šibica. Kada molekula vodika eksplodira, raspada se na atome koji se pretvaraju u jezgre helija. Upravo se to događa na Suncu i drugim zvijezdama - zbog stalnog raspadanja molekula vodika naše svjetlilo prži i grije nas svojom toplinom.

Fizikalna svojstva vodika

Vodik ima sljedeće fizička svojstva:

• Vrelište vodika je 252,76 °C;
• A na temperaturi od 259,14 ° C već se počinje topiti.
• Vodik je slabo topljiv u vodi.
• Čisti vodik je vrlo opasna eksplozivna i zapaljiva tvar.
• Vodik je 14,5 puta lakši od zraka.

Kemijska svojstva vodika

Budući da vodik može biti različite situacije te oksidacijsko i redukcijsko sredstvo, koristi se za izvođenje reakcija i sinteza.

Oksidirajuća svojstva vodika stupaju u interakciju s aktivnim (obično alkalijskim i zemnoalkalnim) metalima, a rezultat tih interakcija je stvaranje hidrida - spojeva sličnih soli. Međutim, hidridi također nastaju u reakcijama vodika s neaktivnim metalima.

Redukcijska svojstva vodika imaju sposobnost redukcije metala u jednostavne tvari iz njihovih oksida, u industriji se to naziva hidrotermija.

Kako doći do vodika?

Među industrijskim sredstvima za proizvodnju vodika su:

• plinofikaciju ugljena,
• parni reforming metana,
• elektroliza.

U laboratoriju se vodik može dobiti:

• u hidrolizi metalnih hidrida,
• pri reakciji s vodom alkalijski i zemnoalkalijski metali,
• u interakciji razrijeđenih kiselina s aktivnim metalima.

Primjena vodika

Budući da je vodik 14 puta lakši od zraka, u stara vremena njime su punili balone i zračne brodove. No, nakon niza katastrofa koje su se dogodile s zračnim brodovima, dizajneri su morali potražiti zamjenu za vodik (podsjetimo, čisti vodik je eksplozivna tvar, a najmanja iskra bila je dovoljna da izazove eksploziju).

Eksplozija zračnog broda Hindenburg 1937. godine, uzrok eksplozije je paljenje vodika (zbog kratkog spoja), na kojem je letio ovaj ogromni zračni brod.

Stoga su za takve letjelice umjesto vodika počeli koristiti helij koji je također lakši od zraka, dobivanje helija je mukotrpnije, ali nije eksplozivan kao vodik.

Vodik se također koristi za pročišćavanje raznih vrsta goriva, posebice onih na bazi nafte i naftnih derivata.

Vodik, video

I na kraju, edukativni video na temu našeg članka.

• Oznaka - H (vodik);
• Latinski naziv - Hydrogenium;
• Razdoblje - I;
• Skupina - 1 (Ia);
• Atomska masa - 1,00794;
• Atomski broj - 1;
• Polumjer atoma = 53 pm;
• Kovalentni polumjer = 32 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 1;
• t taline = -259,14°C;
• vrelište = -252,87°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu / prema Alpredu i Rochovu) \u003d 2,02 / -;
• Oksidacijsko stanje: +1; 0; -jedan;
• Gustoća (n.a.) \u003d 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. Ovo je najjednostavniji element u prirodi - atom vodika ima jezgru i jedan elektron, vjerojatno je iz tog razloga vodik najčešći element u svemiru (više od polovice mase većine zvijezda).

O vodiku 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 iz četiri atoma vodika nastaje jedan atom helija, taj proces prati oslobađanje enormne količine energija (za više detalja, vidi Nuklearna fuzija).

NA Zemljina kora maseni udio vodika je samo 0,15%. U međuvremenu, velika većina (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, preuzima na svoju jedinu s-orbitalu još jedan elektron, pokušavajući tako dovršiti svoj elektronski sloj, pokazujući oksidacijsko stanje -1 (rjeđe) , tvoreći češće ionsku vezu (vidi Ionska veza), budući da razlika u elektronegativnosti atoma vodika i atoma metala može biti prilično velika.

H2

U plinovitom stanju vodik je u obliku dvoatomnih molekula koje tvore 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 u 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: H2 + Ca \u003d CaH2;

U spojevima, vodik pokazuje svoja redukcijska svojstva mnogo jače od oksidacijskih. Vodik je najjači 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 \u003d 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 \u003d 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(kada se zapali ili zrači UV zrakama): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H + 1 Cl
• S fluor: H 2 O + F 2 = 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 zemnoalkalna metali stvaraju metalne hidride - ionske spojeve nalik soli koji sadrže hidridne ione H - nestabilne su bijele kristalne tvari.

Ca + H 2 \u003d CaH 2 -1 2Na + H 2 0 \u003d 2NaH -1

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

CaH 2 -1 + 2H 2 + 1 0 \u003d 2H 2 0 + Ca (OH) 2

Reakcije vodika sa složenim tvarima

• na visokoj temperaturi vodik reducira mnoge metalne okside: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• metilni alkohol nastaje kao rezultat reakcije vodika s ugljikovim monoksidom (II): 2H 2 + CO → CH 3 OH
• u reakcijama hidrogenacije vodik reagira s mnogim organskim tvarima.

Detaljnije jednadžbe kemijske reakcije o vodiku i njegovim spojevima govori se na stranici "Vodik i njegovi spojevi - jednadžbe kemijskih reakcija s vodikom".

Primjena vodika

• u nuklearnoj energetici koriste se izotopi vodika - deuterij i tricij;
• u kemijskoj industriji vodik se koristi za sintezu mnogih organskih tvari, amonijaka i klorovodika;
• u Industrija hrane 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 za balone, balone, zračne brodove;
• Kao gorivo koristi se vodik pomiješan s CO.

NA novije vrijeme znanstvenici posvećuju veliku pažnju traženju alternativnih izvora obnovljive energije. Jedno od perspektivnih područja je "vodikova" energija, u kojoj se vodik koristi kao gorivo, 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 ;
• termalno raspadanje metan: CH4 \u003d C + 2H2;
• 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) s klorovodičnom ili razrijeđenom sumpornom kiselinom: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2;
• interakcija vodene pare s vrućim željeznim strugotinama: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

Vodik je plin, on je na prvom mjestu u periodnom sustavu. Naziv ovog elementa rasprostranjenog u prirodi, u prijevodu s latinskog, znači "rađanje vode". Dakle, koja fizikalna i kemijska svojstva vodika poznajemo?

Vodik: opće informacije

U normalnim uvjetima, vodik nema okus, miris, boju.

Riža. 1. Formula vodika.

Budući da atom ima jednu energetsku elektroničku razinu, koja može sadržavati najviše dva elektrona, tada za stabilno stanje, atom može prihvatiti jedan elektron (oksidacijsko stanje -1) ili donirati jedan elektron (oksidacijsko stanje +1), pokazujući stalna valencija I Zato se simbol elementa vodik nalazi ne samo u skupini IA (glavna podskupina I. skupine) zajedno s alkalijskim metalima, nego i u skupini VIIA (glavna podskupina VII. skupine) zajedno s halogenima. Atomima halogena također nedostaje jedan elektron za popunjavanje vanjske razine, a oni su, kao i vodik, nemetali. Vodik pokazuje pozitivno oksidacijsko stanje u spojevima gdje je vezan na više elektronegativnih nemetalnih elemenata, i negativan stupanj oksidacija - u spojevima s metalima.

Riža. 2. Položaj vodika u periodnom sustavu.

Vodik ima tri izotopa od kojih svaki ima svoje ime: protij, deuterij, tricij. Količina potonjeg na Zemlji je zanemariva.

Kemijska svojstva vodika

U jednostavnoj tvari H 2 veza između atoma je jaka (energija vezanja je 436 kJ / mol), pa je aktivnost molekularnog vodika niska. U normalnim uvjetima stupa u interakciju samo s vrlo aktivnim metalima, a jedini nemetal s kojim vodik reagira je fluor:

F 2 + H 2 \u003d 2HF (fluorovodik)

Vodik reagira s drugim jednostavnim (metali i nemetali) i složenim (oksidi, neodređeni organski spojevi) tvarima bilo zračenjem i povećanjem temperature, bilo u prisutnosti katalizatora.

Vodik izgara u kisiku uz oslobađanje značajne količine topline:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Mješavina vodika i kisika (2 volumena vodika i 1 volumen kisika) snažno eksplodira kada se zapali i stoga se naziva detonirajući plin. Pri radu s vodikom potrebno je pridržavati se sigurnosnih propisa.

Riža. 3. Eksplozivni plin.

U prisutnosti katalizatora, plin može reagirati s dušikom:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

- ovom reakcijom pri povišenim temperaturama i tlakovima dobiva se amonijak u industriji.

Na visokim temperaturama vodik može reagirati sa sumporom, selenom i telurijem. a pri interakciji s alkalnim i zemnoalkalijski metali nastaju hidridi: 4.3. Ukupno primljenih ocjena: 186.

U periodnom sustavu vodik se nalazi u dvije skupine elemenata koji su apsolutno suprotni po svojim svojstvima. Ova značajka ga čini potpuno jedinstvenim. Vodik nije samo element ili tvar, već i sastavni dio mnogih složenih spojeva, organogen i biogen element. Stoga detaljnije razmatramo njegova svojstva i karakteristike.

Oslobađanje zapaljivog plina tijekom međudjelovanja metala i kiselina uočeno je još u 16. stoljeću, odnosno u vrijeme formiranja kemije kao znanosti. Poznati engleski znanstvenik Henry Cavendish proučavao je tvar počevši od 1766. godine i dao joj naziv "zapaljivi zrak". Kada je sagorijevao, ovaj plin je proizvodio vodu. Nažalost, znanstvenikova privrženost teoriji o flogistonu (hipotetskoj "hiperfinoj materiji") spriječila ga je da dođe do ispravni zaključci.

Francuski kemičar i prirodoslovac A. Lavoisier, zajedno s inženjerom J. Meunierom i uz pomoć posebnih plinometara, 1783. izvodi sintezu vode, a potom i njezinu analizu razgradnjom vodene pare užarenim željezom. Tako su znanstvenici uspjeli doći do pravih zaključaka. Utvrdili su da "zapaljivi zrak" nije samo dio vode, već se iz nje može dobiti.

Godine 1787. Lavoisier je predložio da je plin koji se proučava jednostavna tvar i, sukladno tome, odnosi se na broj primarnih kemijskih elemenata. Nazvao ga je hidrogen (od grčkih riječi hydor - voda + gennao - rađam), odnosno "rađanje vode".

Ruski naziv "vodik" predložio je 1824. kemičar M. Solovjev. Određivanje sastava vode označilo je kraj "flogistonske teorije". Na prijelazu iz 18. u 19. stoljeće ustanovljeno je da je atom vodika vrlo lagan (u usporedbi s atomima drugih elemenata) te je njegova masa uzeta kao glavna jedinica za usporedbu atomske mase, dobivajući vrijednost jednaku 1.

Fizička svojstva

Vodik je najlakši od svih tvari poznatih znanosti (14,4 puta je lakši od zraka), gustoća mu je 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ovaj se materijal tali (skrućuje) i vrije (ukapljuje), redom, na -259,1 °C odnosno -252,8 °C (samo helij ima niže t° vrenja i taljenja).

Kritična temperatura vodika je izuzetno niska (-240 °C). Zbog toga je njegovo ukapljivanje prilično kompliciran i skup proces. Kritični tlak tvari je 12,8 kgf / cm², a kritična gustoća je 0,0312 g / cm³. Među svim plinovima vodik ima najveća toplinska vodljivost: pri 1 atm i 0 ° C, jednak je 0,174 W / (mxK).

Specifični toplinski kapacitet tvari pod istim uvjetima je 14,208 kJ / (kgxK) ili 3,394 cal / (gh ° C). Ovaj element je slabo topljiv u vodi (oko 0,0182 ml / g pri 1 atm i 20 ° C), ali dobro - u većini metala (Ni, Pt, Pa i drugi), posebno u paladiju (oko 850 volumena po volumenu Pd ) .

Potonje svojstvo povezano je s njegovom sposobnošću difuzije, dok difuzija kroz leguru ugljika (na primjer, čelik) može biti popraćena uništavanjem legure zbog interakcije vodika s ugljikom (taj se proces naziva dekarbonizacija). U tekućem stanju tvar je vrlo lagana (gustoća - 0,0708 g / cm³ na t ° \u003d -253 ° C) i tekućina (viskoznost - 13,8 celzijusa pod istim uvjetima).

U mnogim spojevima ovaj element pokazuje valenciju +1 (oksidacijsko stanje), slično natriju i drugim alkalijskim metalima. Obično se smatra analogom ovih metala. Prema tome, on je na čelu I. skupine Mendelejeva sustava. U metalnim hidridima vodikov ion pokazuje negativan naboj (oksidacijsko stanje je -1), odnosno Na + H- ima strukturu sličnu Na + Cl- kloridu. U skladu s ovim i nekim drugim činjenicama (bliskost fizikalnih svojstava elementa "H" i halogena, sposobnost njegove zamjene halogenima u organskim spojevima), vodik je dodijeljen skupini VII Mendeljejeva sustava.

U normalnim uvjetima, molekularni vodik ima nisku aktivnost, izravno se spaja samo s najaktivnijim od nemetala (s fluorom i klorom, s potonjim - na svjetlu). Zauzvrat, kada se zagrijava, stupa u interakciju s mnogim kemijskim elementima.

Atomski vodik ima povećanu kemijsku aktivnost (u usporedbi s molekulskim). S kisikom stvara vodu prema formuli:

N₂ + ½O₂ = N2O,

oslobađajući 285,937 kJ/mol topline ili 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). U normalnim temperaturnim uvjetima, reakcija se odvija prilično sporo, a pri t ° >= 550 ° C, ona je nekontrolirana. Granice eksplozivnosti smjese vodik + kisik po volumenu su 4–94% H₂, a smjese vodik + zrak su 4–74% H₂ (smjesa dva volumena H₂ i jednog volumena O₂ naziva se eksplozivnim plinom).

Ovaj se element koristi za redukciju većine metala, budući da uzima kisik iz oksida:

Fe3O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4N2O,

CuO + H₂ = Cu + H2O itd.

S različitim halogenima, vodik tvori halogenovodike, na primjer:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Međutim, kada reagira s fluorom, vodik eksplodira (to se također događa u mraku, na -252 ° C), reagira s bromom i klorom samo kada se zagrije ili osvijetli, a s jodom - samo kada se zagrije. U interakciji s dušikom nastaje amonijak, ali samo na katalizatoru, sa povišenim pritiscima i temperatura:

ZN₂ + N2 = 2NH3.

Kada se zagrijava, vodik aktivno reagira sa sumporom:

H₂ + S = H₂S (vodikov sulfid),

i mnogo teže – s telurom ili selenom. Vodik reagira s čistim ugljikom bez katalizatora, ali na visokim temperaturama:

2H₂ + C (amorfni) = CH4 (metan).

Ova tvar izravno reagira s nekim od metala (alkalijski, zemnoalkalijski i drugi), tvoreći hidride, na primjer:

N₂ + 2Li = 2LiH.

Od nemale praktične važnosti su interakcije vodika i ugljičnog monoksida (II). U ovom slučaju, ovisno o tlaku, temperaturi i katalizatoru, različito organski spojevi: HCHO, CH3OH, itd. Nezasićeni ugljikovodici postaju zasićeni tijekom reakcije, na primjer:

S n N₂ n + N₂ = S n N₂ n ₊₂.

Vodik i njegovi spojevi imaju iznimnu ulogu u kemiji. To uvjetuje svojstva kiselina t. protonske kiseline sklone su stvaranju vodikovih veza s različitim elementima, što ima značajan učinak na svojstva mnogih anorganskih i organskih spojeva.

Dobivanje vodika

Glavne vrste sirovina za industrijska proizvodnja ovog elementa su plinovi rafiniranja nafte, prirodni zapaljivi i koksni plinovi. Također se dobiva iz vode elektrolizom (na mjestima s pristupačnom električnom energijom). Jedan od bitne metode Proizvodnja materijala iz prirodnog plina smatra se katalitičkom interakcijom ugljikovodika, uglavnom metana, s vodenom parom (tzv. konverzija). Na primjer:

CH₄ + H2O = CO + ZH₂.

Nepotpuna oksidacija ugljikovodika s kisikom:

CH4 + ½O₂ \u003d CO + 2H2.

Sintetizirani ugljikov monoksid (II) prolazi kroz konverziju:

CO + H₂O = CO₂ + H2.

Najjeftiniji je vodik proizveden iz prirodnog plina.

Za elektrolizu vode koristi se istosmjerna struja koja se propušta kroz otopinu NaOH ili KOH (kiseline se ne koriste kako bi se izbjegla korozija opreme). U laboratorijskim uvjetima materijal se dobiva elektrolizom vode ili kao rezultat reakcije između klorovodična kiselina i cinka. Međutim, češće se koristi gotov tvornički materijal u cilindrima.

Iz plinova rafiniranja nafte i koksnog plina ovaj se element izolira uklanjanjem svih ostalih komponenti plinska smjesa, jer se lakše ukapljuju kada se duboko ohlade.

Industrijski se ovaj materijal počeo dobivati ​​još u krajem XVIII stoljeća. Zatim je korišten za punjenje balona. Trenutno se vodik široko koristi u industriji, uglavnom u kemijskoj, za proizvodnju amonijaka.

Masovni potrošači tvari su proizvođači metilnih i drugih alkohola, sintetičkog benzina i mnogih drugih proizvoda. Dobivaju se sintezom iz ugljičnog monoksida (II) i vodika. Hidrogen se koristi za hidrogenaciju teških i krutih tekućih goriva, masti itd., za sintezu HCl, hidrotretiranje naftnih derivata, a također i za rezanje/zavarivanje metala. Bitni elementi za nuklearnu energiju su njezini izotopi – tricij i deuterij.

Biološka uloga vodika

Oko 10% mase živih organizama (u prosjeku) otpada na ovaj element. Dio je vode i najvažnijih skupina prirodnih spojeva, uključujući proteine, nukleinske kiseline, lipide, ugljikohidrate. Čemu služi?

Ova stvar svira odlučujuću ulogu: uz zadržavanje prostorne strukture proteina (kvaternar), u provedbi načela komplementarnosti nukleinske kiseline(tj. u implementaciji i pohranjivanju genetskih informacija), općenito, u "prepoznavanju" na molekularnoj razini.

Vodikov ion H+ sudjeluje u važnim dinamičkim reakcijama/procesima u tijelu. Uključujući: u biološka oksidacija, koji živim stanicama osigurava energiju, u reakcijama biosinteze, u fotosintezi u biljkama, u bakterijskoj fotosintezi i fiksaciji dušika, u održavanju acidobazne ravnoteže i homeostaze, u procesima membranskog transporta. Zajedno s ugljikom i kisikom čini funkcionalnu i strukturnu osnovu fenomena života.

Opća shema "VODIK"

ja. Vodik je kemijski element

a) Položaj u RESP

• serijski broj №1
• razdoblje 1
• skupina I (glavna podskupina "A")
• relativna masa Ar(H)=1
• Latinski naziv Hydrogenium (rađanje vode)

b) Rasprostranjenost vodika u prirodi

Vodik je kemijski element.	U zemljinoj kori(litosfera i hidrosfera) – 1% po težini (10. mjesto među svim elementima)
	ATMOSFERA - 0,0001% po broju atoma
	Najčešći element u svemiru – 92% svih atoma (glavni komponenta zvijezde i međuzvjezdani plin)

Vodik - kemijski element	U vezama	H 2 O - voda(11% težine)
		CH 4 - plin metan(25% težine)
		organska tvar(nafta, zapaljivi prirodni plinovi i dr.) U životinjskim i biljnim organizmima(odnosno u sastavu proteina, nukleinskih kiselina, masti, ugljikohidrata i dr.) U ljudskom tijelu prosječno sadrži oko 7 kilograma vodika.

c) Valencija vodika u spojevima

II. Vodik je jednostavna tvar (H 2)

Priznanica

1.Laboratorij (Kipp aparat) A) Međudjelovanje metala s kiselinama: Zn+ 2HCl \u003d ZnCl2 + H2 sol B) Interakcija aktivni metali s vodom: 2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 baza

2. Industrija · elektroliza vode elektronička pošta Trenutno 2H2O \u003d 2H2 + O2 · Od prirodnog plina t, Ni CH4 + 2H2O \u003d 4H2 + CO2

Pronalaženje vodika u prirodi.

Vodik je široko rasprostranjen u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori (litosferi i hidrosferi) iznosi 1% po masi i 16% po broju atoma. Vodik je dio najzastupljenije tvari na Zemlji - vode (11,19 % vodika po masi), u spojevima koji čine ugljen, naftu, prirodne plinove, glinu, kao i životinjske i biljne organizme (odnosno u sastavu proteini, nukleinske kiseline, masti, ugljikohidrati itd.). Vodik je iznimno rijedak u slobodnom stanju; nalazi se u malim količinama u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima. U atmosferi su prisutne zanemarive količine slobodnog vodika (0,0001% po broju atoma). U svemiru blizu Zemlje vodik u obliku struje protona tvori unutarnji ("protonski") pojas zračenja Zemlje. Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru. U obliku plazme čini oko polovicu mase Sunca i većine zvijezda, glavninu plinova međuzvjezdanog medija i plinovitih maglica. Vodik je prisutan u atmosferi niza planeta iu kometima u obliku slobodnog H 2 , metana CH 4 , amonijaka NH 3 , vode H 2 O i radikala. U obliku struje protona vodik je dio korpuskularnog zračenja Sunca i kozmičkih zraka.

Postoje tri izotopa vodika:
a) laki vodik - protij,
b) teški vodik - deuterij (D),
c) superteški vodik – tricij (T).

Tricij je nestabilan (radioaktivan) izotop, pa se praktički ne pojavljuje u prirodi. Deuterij je stabilan, ali ga je vrlo malo: 0,015% (od mase cjelokupnog zemaljskog vodika).

Valencija vodika u spojevima

U spojevima vodik pokazuje valenciju ja

Fizikalna svojstva vodika

Jednostavna tvar vodik (H 2) je plin, lakši od zraka, bez boje, mirisa, okusa, t kip \u003d - 253 0 C, vodik je netopljiv u vodi, zapaljiv. Vodik se može prikupiti istiskivanjem zraka iz epruvete ili vode. U tom slučaju, cijev mora biti okrenuta naopako.

Dobivanje vodika

U laboratoriju se reakcijom proizvodi vodik

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

Umjesto cinka mogu se upotrijebiti željezo, aluminij i neki drugi metali, a umjesto sumporne kiseline neke druge razrijeđene kiseline. Dobiveni vodik skuplja se u epruvetu metodom istiskivanja vode (vidi sliku 10.2 b) ili jednostavno u preokrenutu tikvicu (slika 10.2 a).

U industriji se vodik dobiva u velikim količinama iz prirodnog plina (uglavnom metana) interakcijom s vodenom parom na 800 °C u prisutnosti katalizatora nikla:

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 (t, Ni)

ili obrađen na visokoj temperaturi ugljenom vodenom parom:

2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2. (t)

Čisti vodik dobiva se iz vode njezinom razgradnjom elektro šok(podvrgnuti elektrolizi):

2H2O \u003d 2H2 + O2 (elektroliza).