Hidrógeno como está escrito en química. ¿Qué tipo de sustancia es el hidrógeno? Propiedades químicas y físicas del hidrógeno. Interacción de halógenos con metales.

Comenzando a considerar las propiedades químicas y físicas del hidrógeno, cabe señalar que en su estado habitual, este elemento químico se encuentra en forma gaseosa. El gas hidrógeno incoloro es inodoro e insípido. Por primera vez, este elemento químico se denominó hidrógeno después de que el científico A. Lavoisier realizara experimentos con agua, según cuyos resultados, la ciencia mundial descubrió que el agua es un líquido multicomponente, que contiene hidrógeno. Este evento ocurrió en 1787, pero mucho antes de esa fecha los científicos conocían al hidrógeno como "gas combustible".

Hidrógeno en la naturaleza

Según los científicos, el hidrógeno está contenido en la corteza terrestre y en el agua (aproximadamente el 11,2% del volumen total de agua). Este gas es parte de muchos minerales que la humanidad ha estado extrayendo de las entrañas de la tierra durante siglos. Las propiedades del hidrógeno son parcialmente características del aceite, los gases naturales y la arcilla, para organismos de animales y plantas. Pero en su forma pura, es decir, no combinado con otros elementos químicos de la tabla periódica, este gas es extremadamente raro en la naturaleza. Este gas puede liberarse a la superficie de la tierra durante las erupciones volcánicas. El hidrógeno libre está presente en cantidades mínimas en la atmósfera.

Propiedades químicas del hidrógeno

Dado que las propiedades químicas del hidrógeno no son uniformes, este elemento químico pertenece tanto al grupo I del sistema de Mendeleev como al grupo VII del sistema. Al ser un representante del primer grupo, el hidrógeno es, de hecho, un metal alcalino, que tiene un estado de oxidación de +1 en la mayoría de los compuestos a los que pertenece. La misma valencia es característica del sodio y otros metales alcalinos. Debido a estas propiedades químicas, el hidrógeno se considera un elemento similar a estos metales.

Si hablamos de hidruros metálicos, entonces el ion hidrógeno tiene una valencia negativa, su estado de oxidación es -1. Na + H- se construye de la misma manera que para el cloruro Na + Cl-. Este hecho es la razón para atribuir hidrógeno al grupo VII del sistema de Mendeleev. El hidrógeno, al estar en estado de molécula, siempre que permanezca en un ambiente ordinario, está inactivo y puede combinarse exclusivamente con los no metales, que son más activos para él. Estos metales incluyen flúor, en presencia de luz, el hidrógeno se combina con el cloro. Si el hidrógeno se calienta, se vuelve más activo, entrando en reacciones con muchos elementos del sistema periódico de Mendeleev.

El hidrógeno atómico exhibe propiedades químicas más activas que el hidrógeno molecular. Las moléculas de oxígeno forman agua: H2 + 1 / 2O2 = H2O. Cuando el hidrógeno interactúa con los halógenos, se forman haluros de hidrógeno H2 + Cl2 = 2HCl, y el hidrógeno entra en esta reacción en ausencia de luz y a temperaturas negativas suficientemente altas, hasta - 252 ° С. Las propiedades químicas del hidrógeno permiten utilizarlo para la reducción de muchos metales, ya que, al reaccionar, el hidrógeno absorbe oxígeno de los óxidos metálicos, por ejemplo, CuO + H2 = Cu + H2O. El hidrógeno participa en la formación de amoníaco, interactuando con el nitrógeno en la reacción 3H2 + N2 = 2NH3, pero siempre que se use un catalizador y se aumente la temperatura y la presión.

Se produce una reacción vigorosa cuando el hidrógeno interactúa con el azufre en la reacción H2 + S = H2S, cuyo resultado es el sulfuro de hidrógeno. La interacción del hidrógeno con el telurio y el selenio es ligeramente menos activa. Si no hay catalizador, entonces reacciona con carbono puro, hidrógeno, solo con la condición de que se creen altas temperaturas. 2H2 + C (amorfo) = CH4 (metano). En el proceso de actividad del hidrógeno con algunos álcalis y otros metales, se obtienen hidruros, por ejemplo, H2 + 2Li = 2LiH.

Propiedades físicas del hidrógeno

El hidrógeno es una sustancia química muy ligera. Al menos los científicos dicen que, por el momento, no existe una sustancia más ligera que el hidrógeno. Su masa es 14,4 veces más ligera que el aire, su densidad es de 0,0899 g / la 0 ° C. A temperaturas de -259,1 ° C, el hidrógeno es capaz de fundirse; esta es una temperatura muy crítica que no es típica de la transformación de la mayoría de los compuestos químicos de un estado a otro. Solo un elemento como el helio excede las propiedades físicas del hidrógeno a este respecto. La licuefacción del hidrógeno es difícil, ya que su temperatura crítica es (-240 ° C). El hidrógeno es el gas que genera más calor que conoce la humanidad. Todas las propiedades descritas anteriormente son las propiedades físicas más importantes del hidrógeno que utilizan los seres humanos para fines específicos. Además, estas propiedades son las más relevantes para la ciencia moderna.

El hidrógeno H es un elemento químico, uno de los más extendidos en nuestro Universo. La masa de hidrógeno como elemento en la composición de sustancias es el 75% del contenido total de átomos de otro tipo. Entra en la conexión más importante y vital del planeta: el agua. Una característica distintiva del hidrógeno es también el hecho de que es el primer elemento de la tabla periódica de elementos químicos de D. I. Mendeleev.

Descubrimiento y exploración

La primera mención del hidrógeno en los escritos de Paracelso se remonta al siglo XVI. Pero su separación de la mezcla gaseosa del aire y el estudio de las propiedades combustibles fueron realizados ya en el siglo XVII por el científico Lemery. El hidrógeno fue estudiado a fondo por un químico, físico y naturalista inglés que demostró empíricamente que la masa del hidrógeno es la más pequeña en comparación con otros gases. En las etapas posteriores del desarrollo de la ciencia, muchos científicos trabajaron con él, en particular Lavoisier, quien lo llamó "dar a luz al agua".

Característica por puesto en PSCE

El elemento que abre la tabla periódica de DI Mendeleev es el hidrógeno. Las propiedades físicas y químicas del átomo muestran una cierta dualidad, ya que el hidrógeno se atribuye simultáneamente al primer grupo, el subgrupo principal, si se comporta como un metal y cede un solo electrón en el proceso de una reacción química, y al séptimo - en el caso de llenado completo de la capa de valencia, es decir, partícula negativa, que la caracteriza como similar a los halógenos.

Características de la estructura electrónica del elemento.

Las propiedades de las sustancias complejas, que lo incluyen, y la sustancia más simple H 2, están determinadas principalmente por la configuración electrónica del hidrógeno. Una partícula tiene un electrón con Z = (-1), que gira en su órbita alrededor de un núcleo que contiene un protón con una unidad de masa y una carga positiva (+1). Su configuración electrónica se escribe como 1s 1, lo que significa que hay una partícula negativa en el primer y único orbital s del hidrógeno.

Cuando un electrón se desprende o cede, y el átomo de este elemento tiene tal propiedad que lo relaciona con los metales, se obtiene un catión. Esencialmente, un ion de hidrógeno es una partícula elemental positiva. Por lo tanto, el hidrógeno privado de un electrón se llama simplemente protón.

Propiedades físicas

En resumen, el hidrógeno es un gas incoloro, ligeramente soluble con una masa atómica relativa de 2, 14,5 veces más ligero que el aire, con una temperatura de licuefacción de -252,8 grados Celsius.

Puede verse fácilmente por la experiencia que el H2 es el más ligero. Para hacer esto, es suficiente llenar tres bolas con varias sustancias (hidrógeno, dióxido de carbono, aire ordinario) y liberarlas simultáneamente de su mano. El lleno de CO 2 llegará al suelo más rápido, después de lo cual la mezcla de aire inflado bajará y el que contiene H2 se elevará hasta el techo.

La pequeña masa y el tamaño de las partículas de hidrógeno justifican su capacidad para penetrar diversas sustancias. En el ejemplo de la misma pelota, es fácil convencerse de esto, en un par de días se desinflará sola, ya que el gas simplemente pasará a través de la goma. Además, el hidrógeno puede acumularse en la estructura de algunos metales (paladio o platino) y evaporarse cuando aumenta la temperatura.

La propiedad de baja solubilidad del hidrógeno se utiliza en la práctica de laboratorio para aislarlo desplazando el hidrógeno (la siguiente tabla contiene los principales parámetros) determinar el alcance de su aplicación y los métodos de producción.

Parámetro de un átomo o molécula de una sustancia simple	Sentido
Masa atómica (masa molar)	1,008 g / mol
Configuración electrónica	1 s 1
Celda de cristal	Hexagonal
Conductividad térmica	(300 K) 0,1815 W / (m K)
Densidad en n. a.	0,08987 g / l
Temperatura de ebullición	-252,76 ° C
Calor específico de combustión	120,9 10 6 J / kg
Temperatura de fusión	-259,2 ° C
Solubilidad del agua	18,8 ml / l

Composición isotópica

Como muchos otros representantes de la tabla periódica de elementos químicos, el hidrógeno tiene varios isótopos naturales, es decir, átomos con la misma cantidad de protones en el núcleo, pero una cantidad diferente de neutrones: partículas con carga cero y unidad de masa. Ejemplos de átomos con una propiedad similar son oxígeno, carbono, cloro, bromo y otros, incluidos los radiactivos.

Las propiedades físicas del hidrógeno 1 H, el más común de los representantes de este grupo, difieren significativamente de las mismas características de sus contrapartes. En particular, las características de las sustancias en las que se incluyen difieren. Entonces, hay agua ordinaria y deuterada que contiene en su composición en lugar de un átomo de hidrógeno con un solo protón, deuterio 2 H, su isótopo con dos partículas elementales: positiva y sin carga. Este isótopo es dos veces más pesado que el hidrógeno convencional, lo que explica la gran diferencia en las propiedades de los compuestos que forman. En la naturaleza, el deuterio se encuentra 3200 veces menos frecuentemente que el hidrógeno. El tercer representante es el tritio 3 H, en el núcleo tiene dos neutrones y un protón.

Métodos de obtención y aislamiento.

Los métodos de laboratorio e industriales son bastante diferentes. Entonces, en pequeñas cantidades, el gas se obtiene principalmente a través de reacciones en las que intervienen sustancias minerales, y la producción a gran escala utiliza en mayor medida la síntesis orgánica.

Las siguientes interacciones químicas se utilizan en el laboratorio:

En intereses industriales, el gas se obtiene por métodos tales como:

1. Descomposición térmica del metano en presencia de un catalizador en sus sustancias simples constituyentes (350 grados alcanza el valor de un indicador como la temperatura): hidrógeno H 2 y carbono C.
2. Pasar agua en forma de vapor a través del coque a 1000 grados Celsius para formar dióxido de carbono CO 2 y H 2 (el método más común).
3. Conversión de metano gaseoso en un catalizador de níquel a temperaturas que alcanzan los 800 grados.
4. El hidrógeno es un subproducto de la electrólisis de soluciones acuosas de potasio o cloruro de sodio.

Interacciones químicas: disposiciones generales

Las propiedades físicas del hidrógeno explican en gran medida su comportamiento en los procesos de reacción con este o aquel compuesto. La valencia del hidrógeno es 1, ya que se encuentra en el primer grupo de la tabla periódica, y el estado de oxidación es diferente. En todos los compuestos, excepto hidruros, hidrógeno en s.r. = (1+), en moléculas del tipo XH, XH 2, XH 3 - (1-).

La molécula de gas hidrógeno, formada creando un par de electrones generalizados, consta de dos átomos y es bastante estable energéticamente, por lo que es algo inerte en condiciones normales y entra en reacción cuando cambian las condiciones normales. Dependiendo del estado de oxidación del hidrógeno en la composición de otras sustancias, puede actuar tanto como oxidante como reductor.

Sustancias con las que reacciona y que forman hidrógeno.

Interacciones elementales con la formación de sustancias complejas (a menudo a temperaturas elevadas):

1. Metal alcalino y alcalinotérreo + hidrógeno = hidruro.
2. Halógeno + H2 = haluro de hidrógeno.
3. Azufre + hidrógeno = sulfuro de hidrógeno.
4. Oxígeno + H2 = agua.
5. Carbono + hidrógeno = metano.
6. Nitrógeno + H 2 = amoniaco.

Interacción con sustancias complejas:

1. Producción de gas de síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno.
2. Reducción de metales de sus óxidos usando Н 2.
3. Saturación de hidrógeno de hidrocarburos alifáticos insaturados.

Enlace de hidrógeno

Las propiedades físicas del hidrógeno son tales que, cuando se combina con un elemento electronegativo, puede formar un tipo especial de enlace con el mismo átomo de moléculas vecinas que tienen pares de electrones solitarios (por ejemplo, oxígeno, nitrógeno y flúor). El ejemplo más claro en el que es mejor considerar tal fenómeno es el agua. Se puede decir que está cosido con enlaces de hidrógeno, que son más débiles que los covalentes o iónicos, pero debido al hecho de que son muchos, tienen un efecto significativo sobre las propiedades de una sustancia. Esencialmente, el enlace de hidrógeno es una interacción electrostática que une las moléculas de agua en dímeros y polímeros, lo que justifica su alto punto de ebullición.

Hidrógeno en compuestos minerales

Todos contienen un protón, un catión de un átomo como el hidrógeno. Una sustancia cuyo residuo ácido tiene un estado de oxidación mayor que (-1) se denomina compuesto polibásico. Contiene varios átomos de hidrógeno, lo que hace que la disociación en soluciones acuosas sea multietapa. Cada protón subsiguiente se desprende del resto del ácido cada vez con más dificultad. Su acidez está determinada por el contenido cuantitativo de hidrógeno en el medio.

Aplicación en actividades humanas

Los cilindros con una sustancia, así como los recipientes con otros gases licuados, como el oxígeno, tienen un aspecto específico. Están pintados de verde oscuro con una inscripción de color rojo brillante "Hidrógeno". El gas se bombea a un cilindro a una presión de aproximadamente 150 atmósferas. Las propiedades físicas del hidrógeno, en particular la ligereza del estado gaseoso de agregación, se utilizan para llenar globos, globos, etc., en una mezcla con helio.

El hidrógeno, cuyas propiedades físicas y químicas las personas aprendieron a utilizar hace muchos años, se utiliza actualmente en muchas industrias. La mayor parte se destina a la producción de amoníaco. El hidrógeno también participa en (hafnio, germanio, galio, silicio, molibdeno, tungsteno, circonio y otros) a partir de óxidos, actuando en la reacción como agente reductor, ácidos cianhídrico y clorhídrico, así como combustible líquido artificial. La industria alimentaria lo utiliza para convertir aceites vegetales en grasas sólidas.

Determinadas las propiedades químicas y uso del hidrógeno en diversos procesos de hidrogenación e hidrogenación de grasas, carbón, hidrocarburos, aceites y fuel oil. Se utiliza para producir piedras preciosas, lámparas incandescentes, forjar y soldar productos metálicos bajo la influencia de una llama de oxígeno-hidrógeno.

Considere qué es el hidrógeno. Las propiedades químicas y la producción de este no metal se estudian en el curso de química inorgánica en la escuela. Es este elemento el que encabeza el sistema periódico de Mendeleev y, por lo tanto, merece una descripción detallada.

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Antes de considerar las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, descubramos cómo se encontró este importante elemento.

Los químicos que trabajaron en los siglos XVI y XVII mencionaron repetidamente en sus escritos el gas combustible que se libera cuando los ácidos se exponen a metales activos. En la segunda mitad del siglo XVIII, G. Cavendish logró recolectar y analizar este gas, dándole el nombre de "gas combustible".

Las propiedades físicas y químicas del hidrógeno en ese momento no se estudiaron. Sólo a fines del siglo XVIII A. Lavoisier logró, mediante análisis, establecer que este gas puede obtenerse analizando el agua. Un poco más tarde, comenzó a llamar al nuevo elemento hidrógeno, que significa "dar a luz al agua". El hidrógeno debe su nombre ruso moderno a M.F.Soloviev.

Estar en la naturaleza

Las propiedades químicas del hidrógeno solo pueden analizarse sobre la base de su abundancia en la naturaleza. Este elemento está presente en la hidro y litosfera, y también forma parte de los minerales: gas natural y asociado, turba, petróleo, carbón, pizarra bituminosa. Es difícil imaginar a un adulto que no sepa que el hidrógeno es una parte integral del agua.

Además, este no metal se encuentra en organismos animales en forma de ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y grasas. En nuestro planeta, este elemento se encuentra en forma libre en muy raras ocasiones, quizás solo en gas natural y volcánico.

En forma de plasma, el hidrógeno constituye aproximadamente la mitad de la masa de las estrellas y el Sol, y también es parte del gas interestelar. Por ejemplo, en forma libre, así como en forma de metano, amoníaco, este no metal está presente en los cometas e incluso en algunos planetas.

Propiedades físicas

Antes de considerar las propiedades químicas del hidrógeno, observamos que en condiciones normales es una sustancia gaseosa más ligera que el aire y tiene varias formas isotópicas. Es casi insoluble en agua y tiene una alta conductividad térmica. Protium, que tiene un número de masa de 1, se considera su forma más ligera. El tritio, que tiene propiedades radiactivas, se forma naturalmente a partir del nitrógeno atmosférico cuando las neuronas lo exponen a los rayos ultravioleta.

Características de la estructura de la molécula.

Para considerar las propiedades químicas del hidrógeno, las reacciones características del mismo, detengámonos en las características de su estructura. Esta molécula diatómica tiene un enlace químico covalente no polar. La formación de hidrógeno atómico es posible mediante la interacción de metales activos con soluciones ácidas. Pero en esta forma, este no metal puede existir solo por un período de tiempo pequeño, casi inmediatamente se recombina en una forma molecular.

Propiedades químicas

Considere las propiedades químicas del hidrógeno. En la mayoría de los compuestos que forma este elemento químico, presenta un estado de oxidación de +1, lo que lo hace similar a los metales activos (alcalinos). Las principales propiedades químicas del hidrógeno, que lo caracterizan como metal:

• interacción con el oxígeno para formar agua;
• reacción con halógenos, acompañada de la formación de haluro de hidrógeno;
• obteniendo sulfuro de hidrógeno cuando se combina con azufre.

A continuación se muestra la ecuación de reacciones que caracterizan las propiedades químicas del hidrógeno. Llamamos la atención sobre el hecho de que como no metal (con un estado de oxidación de -1) actúa solo en reacción con metales activos, formando los correspondientes hidruros con ellos.

A temperaturas ordinarias, el hidrógeno interactúa de forma inactiva con otras sustancias, por lo que la mayoría de las reacciones se llevan a cabo solo después de un calentamiento preliminar.

Detengámonos con más detalle en algunas de las interacciones químicas del elemento que encabeza la tabla periódica de elementos químicos de Mendeleev.

La reacción de formación de agua va acompañada de la liberación de 285,937 kJ de energía. A temperaturas elevadas (más de 550 grados centígrados), este proceso va acompañado de una fuerte explosión.

Entre las propiedades químicas del hidrógeno gaseoso que han encontrado una aplicación significativa en la industria, es de interés su interacción con los óxidos metálicos. Es a través de la hidrogenación catalítica en la industria moderna que se procesan los óxidos metálicos, por ejemplo, el metal puro se aísla de la cascarilla de hierro (óxido de hierro mixto). Este método permite un procesamiento eficiente de la chatarra.

La síntesis de amoníaco, que implica la interacción del hidrógeno con el nitrógeno en el aire, también tiene demanda en la industria química moderna. Entre las condiciones para la ocurrencia de esta interacción química, destacamos la presión y la temperatura.

Conclusión

Es el hidrógeno que es una sustancia química inactiva en condiciones normales. A medida que aumenta la temperatura, su actividad aumenta significativamente. Esta sustancia tiene demanda en síntesis orgánica. Por ejemplo, mediante hidrogenación, las cetonas se pueden reducir a alcoholes secundarios y los aldehídos se pueden convertir en alcoholes primarios. Además, mediante hidrogenación, es posible convertir los hidrocarburos insaturados de la clase etileno y acetileno en compuestos saturados de la serie del metano. El hidrógeno se considera legítimamente una sustancia simple en demanda en la producción química moderna.

El hidrógeno es una sustancia simple H 2 (dihidrógeno, diprotio, hidrógeno ligero).

Breve característica del hidrógeno:

• No metal.
• Un gas incoloro y difícil de licuar.
• Poco soluble en agua.
• Se disuelve mejor en disolventes orgánicos.
• Quimisorbido por metales: hierro, níquel, platino, paladio.
• Agente reductor fuerte.
• Interactúa (a altas temperaturas) con no metales, metales, óxidos metálicos.
• El hidrógeno atómico H 0, obtenido por descomposición térmica del H 2, tiene la capacidad reductora más alta.
• Isótopos de hidrógeno:
  • 1 H - protio
  • 2 H - deuterio (D)
  • 3 H - tritio (T)
• Peso molecular relativo = 2.016
• Densidad relativa de hidrógeno sólido (t = -260 ° C) = 0.08667
• Densidad relativa de hidrógeno líquido (t = -253 ° C) = 0.07108
• Sobrepresión (n.a.) = 0.08988 g / l
• punto de fusión = -259,19 ° C
• punto de ebullición = -252,87 ° C
• Coeficiente volumétrico de solubilidad del hidrógeno:
  • (t = 0 ° C) = 2,15;
  • (t = 20 ° C) = 1,82;
  • (t = 60 ° C) = 1,60;

1. Descomposición térmica de hidrógeno(t = 2000-3500 ° C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Interacción del hidrógeno con no metales:

• H 2 + F 2 = 2HF (t = -250 .. + 20 ° C)
• H 2 + Cl 2 = 2HCl (en combustión o en la luz a temperatura ambiente):
  • Cl 2 = 2Cl 0
  • Cl 0 + H 2 = HCl + H 0
  • H 0 + Cl 2 = HCl + Cl 0
• H 2 + Br 2 = 2HBr (t = 350-500 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + I 2 = 2HI (t = 350-500 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + O 2 = 2H 2 O:
  • H 2 + O 2 = 2OH 0
  • OH 0 + H 2 = H 2 O + H 0
  • H 0 + O 2 = OH 0 + O 0
  • O 0 + H 2 = OH 0 + H 0
• H 2 + S = H 2 S (t = 150..200 ° C)
• 3H 2 + N 2 = 2NH 3 (t = 500 ° C, catalizador de hierro)
• 2H 2 + C (coque) = CH 4 (t = 600 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + 2C (coque) = C 2 H 2 (t = 1500..2000 ° C)
• H 2 + 2C (coque) + N 2 = 2HCN (t más de 1800 ° C)

3. Interacción del hidrógeno con sustancias complejas:

• 4H 2 + (Fe II Fe 2 III) O 4 = 3Fe + 4H 2 O (t más de 570 ° C)
• H 2 + Ag 2 SO 4 = 2Ag + H 2 SO 4 (t más de 200 ° C)
• 4H 2 + 2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600 ° C, catalizador Fe 2 O 3)
• 3H 2 + 2BCl 3 = 2B + 6HCl (t = 800-1200 ° C)
• H 2 + 2EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl (t = 270 ° C)
• 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 ° C, catalizador CuO 2)
• H 2 + CaC 2 = Ca + C 2 H 2 (t más de 2200 ° C)
• H 2 + BaH 2 = Ba (H 2) 2 (t hasta 0 ° C, solución)

4. Participación del hidrógeno en reacciones redox:

• 2H 0 (Zn, HCl diluido) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
• 8H 0 (Al, KOH concentrado) + KNO 3 = NH 3 + KOH + 2H 2 O
• 2H 0 (Zn, HCl diluido) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
• 2H 0 (Al) + NaOH (conc.) + Ag 2 S = 2Ag ↓ + H 2 O + NaHS
• 2H 0 (Zn, H 2 SO 4 diluido) + C 2 N 2 = 2HCN

Compuestos de hidrógeno

D 2 - diduterio:

• Hidrógeno pesado.
• Un gas incoloro y difícil de licuar.
• El dideuterio está contenido en hidrógeno natural 0,012-0,016% (en peso).
• En una mezcla gaseosa de dideuterio y protio, el intercambio de isótopos se produce a altas temperaturas.
• Poco soluble en agua ordinaria y pesada.
• Con agua corriente, el intercambio isotópico es insignificante.
• Las propiedades químicas son similares a las del hidrógeno ligero, pero el dideuterio es menos reactivo.
• Peso molecular relativo = 4.028
• Densidad relativa del dideuterio líquido (t = -253 ° C) = 0,17
• punto de fusión = -254,5 ° C
• punto de ebullición = -249,49 ° C

T 2 - ditritio:

• Hidrógeno superpesado.
• Gas radiactivo incoloro.
• La vida media es de 12,34 años.
• En la naturaleza, el ditritio se forma como resultado del bombardeo de núcleos de 14 N con radiación cósmica por neutrones; se encuentran trazas de ditritio en aguas naturales.
• El ditritio se obtiene en un reactor nuclear bombardeando litio con neutrones lentos.
• Peso molecular relativo = 6.032
• punto de fusión = -252,52 ° C
• punto de ebullición = -248,12 ° C

HD - hidrógeno deuterio:

• Gas incoloro.
• No se disuelve en agua.
• Las propiedades químicas son similares a las del H2.
• Peso molecular relativo = 3.022
• Densidad relativa del deuteruro de hidrógeno sólido (t = -257 ° C) = 0,146
• Sobrepresión (n.o.) = 0,135 g / l
• punto de fusión = -256,5 ° C
• punto de ebullición = -251.02 ° C

Óxidos de hidrógeno

H 2 O - agua:

• Líquido incoloro.
• Según la composición isotópica del oxígeno, el agua se compone de H 2 16 O con mezclas de H 2 18 O y H 2 17 O
• Según la composición isotópica del hidrógeno, el agua se compone de 1 H 2 O con una mezcla de HDO.
• El agua líquida sufre protólisis (H 3 O + y OH -):
  • H 3 O + (catión oxonio) es el ácido más fuerte en solución acuosa;
  • OH- (ion hidróxido) es la base más fuerte en solución acuosa;
  • El agua es el protolito conjugado más débil.
• Con muchas sustancias, el agua forma hidratos cristalinos.
• El agua es una sustancia químicamente activa.
• El agua es un solvente líquido versátil para compuestos inorgánicos.
• Peso molecular relativo del agua = 18,02
• Densidad relativa del agua sólida (hielo) (t = 0 ° C) = 0,917
• Densidad relativa del agua líquida:
  • (t = 0 ° C) = 0,999841
  • (t = 20 ° C) = 0,998203
  • (t = 25 ° C) = 0,997044
  • (t = 50 ° C) = 0,97180
  • (t = 100 ° C) = 0,95835
• densidad (n.o.) = 0.8652 g / l
• punto de fusión = 0 ° C
• punto de ebullición = 100 ° C
• Producto iónico del agua (25 ° C) = 1,008 10-14

1. Descomposición térmica del agua:
2H 2 O ↔ 2H 2 + O 2 (por encima de 1000 ° C)

D 2 O - óxido de deuterio:

• Agua pesada.
• Líquido higroscópico incoloro.
• La viscosidad es más alta que la del agua.
• Se mezcla con agua corriente en cantidades ilimitadas.
• El HDO de agua semipesada se forma durante el intercambio de isótopos.
• El poder de disolución es menor que el del agua corriente.
• Las propiedades químicas del óxido de deuterio son similares a las del agua, pero todas las reacciones son más lentas.
• El agua pesada está presente en el agua natural (relación de masa con respecto al agua ordinaria 1: 5500).
• El óxido de deuterio se obtiene mediante electrólisis repetida de agua natural, en la que se acumula agua pesada en el resto del electrolito.
• Peso molecular relativo del agua pesada = 20,03
• Densidad relativa del agua pesada líquida (t = 11,6 ° C) = 1,1071
• Densidad relativa del agua pesada líquida (t = 25 ° C) = 1,1042
• punto de fusión = 3.813 ° C
• punto de ebullición = 101,43 ° C

T 2 O - óxido de tritio:

• Agua super pesada.
• Líquido incoloro.
• La viscosidad es mayor y el poder de disolución es menor que el del agua ordinaria y pesada.
• Se mezcla con agua corriente y agua pesada en cantidades ilimitadas.
• El intercambio isotópico con agua ordinaria y pesada conduce a la formación de HTO, DTO.
• Las propiedades químicas del agua superpesada son similares a las del agua, pero todas las reacciones proceden incluso más lentamente que en el agua pesada.
• Se encuentran trazas de óxido de tritio en el agua natural y la atmósfera.
• El agua superpesada se obtiene pasando tritio sobre óxido de cobre CuO al rojo vivo.
• Peso molecular relativo de agua superpesada = 22,03
• punto de fusión = 4.5 ° C

El hidrógeno H es el elemento más abundante en el Universo (alrededor del 75% en masa), en la Tierra, el noveno más abundante. El compuesto natural más importante de hidrógeno es el agua.
El hidrógeno ocupa el primer lugar en la tabla periódica (Z = 1). Tiene la estructura atómica más simple: el núcleo de un átomo - 1 protón, rodeado por una nube de electrones, que consta de 1 electrón.
En algunas condiciones, el hidrógeno exhibe propiedades metálicas (cede un electrón), en otras, no metálico (acepta un electrón).
Los isótopos de hidrógeno se encuentran en la naturaleza: 1H - protio (el núcleo consta de un protón), 2H - deuterio (D - el núcleo consta de un protón y un neutrón), 3H - tritio (T - el núcleo consta de un protón y dos neutrones). ).

Sustancia simple hidrógeno

Una molécula de hidrógeno consta de dos átomos unidos por un enlace no polar covalente.
Propiedades físicas. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no tóxico. La molécula de hidrógeno no es polar. Por tanto, las fuerzas de interacción intermolecular en el hidrógeno gaseoso son pequeñas. Esto se manifiesta en puntos de ebullición bajos (-252,6 ° C) y fusión (-259,2 ° C).
El hidrógeno es más ligero que el aire, D (por aire) = 0,069; ligeramente soluble en agua (100 volúmenes de H2O disuelven 2 volúmenes de H2). Por lo tanto, el hidrógeno, cuando se produce en un laboratorio, puede recolectarse mediante métodos de desplazamiento de aire o agua.

Producción de hidrógeno

En el laboratorio:

1.La acción de los ácidos diluidos sobre los metales:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Interacción de metales alcalinos y u-z con agua:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidrólisis de hidruros: el agua descompone fácilmente los hidruros metálicos para formar el álcali y el hidrógeno correspondientes:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2

4. La acción de los álcalis sobre el zinc o el aluminio o el silicio:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Electrólisis de agua. Para aumentar la conductividad eléctrica del agua, se le agrega un electrolito, por ejemplo, NaOH, H 2 SO 4 o Na 2 SO 4. En el cátodo, se forman 2 volúmenes de hidrógeno, en el ánodo - 1 volumen de oxígeno.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Producción industrial de hidrógeno

1. Conversión de metano con vapor, Ni 800 ° C (el más barato):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

En total:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vapor de agua a través de coque al rojo vivo a 1000 о С:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

El monóxido de carbono (IV) resultante es absorbido por el agua, de esta forma se obtiene el 50% del hidrógeno industrial.

3. Calentar metano a 350 ° C en presencia de un catalizador de hierro o níquel:
CH 4 → C + 2H 2

4. Por electrólisis de soluciones acuosas de KCl o NaCl, como subproducto:
2Н 2 О + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Propiedades químicas del hidrógeno

• En los compuestos, el hidrógeno es siempre monovalente. Tiene un estado de oxidación de +1, pero en hidruros metálicos es -1.
• Una molécula de hidrógeno consta de dos átomos. La aparición de un enlace entre ellos se explica por la formación de un par generalizado de electrones H: H o H 2
• Debido a esta generalización de electrones, la molécula de H2 es más estable energéticamente que sus átomos individuales. Para romper una molécula en átomos en 1 mol de hidrógeno, es necesario gastar 436 kJ de energía: Н 2 = 2Н, ∆H ° = 436 kJ / mol
• Esto explica la actividad relativamente baja del hidrógeno molecular a temperaturas ordinarias.
• Con muchos no metales, el hidrógeno forma compuestos gaseosos como RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Forma haluros de hidrógeno con halógenos:
H _ {2} + Cl _ {2} → 2HCl.
Al mismo tiempo, explota con flúor, reacciona con cloro y bromo solo cuando se ilumina o calienta, y con yodo solo cuando se calienta.

2) Con oxígeno:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
con la liberación de calor. A temperaturas ordinarias, la reacción avanza lentamente, por encima de 550 ° C, con una explosión. Una mezcla de 2 volúmenes de H 2 y 1 volumen de O 2 se llama gas explosivo.

3) Cuando se calienta, reacciona vigorosamente con el azufre (mucho más difícil con el selenio y el telurio):
H 2 + S → H 2 S (sulfuro de hidrógeno),

4) Con nitrógeno con formación de amoniaco solo en el catalizador y a temperaturas y presiones elevadas:
ÇН 2 + N 2 → 2NН 3

5) Con carbón a altas temperaturas:
2H 2 + C → CH 4 (metano)

6) Forma hidruros con metales alcalinos y alcalinotérreos (el hidrógeno es un agente oxidante):
Í 2 + 2Li → 2LiH
en los hidruros metálicos, el ion hidrógeno tiene carga negativa (estado de oxidación -1), es decir, el hidruro Na + H - se construye como el cloruro Na + Cl -

Con sustancias complejas:

7) Con óxidos metálicos (utilizados para la reducción de metales):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) con monóxido de carbono (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Síntesis: el gas (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono) es de gran importancia práctica, ya que, dependiendo de la temperatura, la presión y el catalizador, se forman varios compuestos orgánicos, por ejemplo, HCHO, CH 3 OH y otros.

9) Los hidrocarburos insaturados reaccionan con el hidrógeno, transformándose en saturados:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.