թթվածնի և ջրածնի միացություններ. Գլուխ IV Պարզ և բարդ նյութեր. ջրածին և թթվածին

Պարբերական համակարգում ջրածինը գտնվում է թիվ մեկում՝ I և VII խմբերում միանգամից։ Ջրածնի խորհրդանիշն է H (լատ. Hydrogenium): Շատ թեթև, անգույն և առանց հոտի գազ է։ Ջրածնի երեք իզոտոպ կա՝ 1H - պրոտիում, 2H - դեյտերիում և 3H - տրիտում (ռադիոակտիվ): Օդը կամ թթվածինը պարզ ջրածնի H2-ի հետ ռեակցիայի մեջ շատ դյուրավառ է և նաև պայթուցիկ: Ջրածինը թունավոր արտադրանք չի արտանետում: Այն լուծելի է էթանոլում և մի շարք մետաղներում (հատկապես կողային ենթախմբում)։

Ջրածնի տարածվածությունը Երկրի վրա

Ինչպես թթվածինը, այնպես էլ ջրածինը մեծ նշանակություն ունի։ Բայց, ի տարբերություն թթվածնի, գրեթե ամբողջ ջրածինը ներսում է կապված ձևայլ նյութերի հետ: Ազատ վիճակում այն ​​միայն մթնոլորտում է, բայց այնտեղ դրա քանակությունը չափազանց աննշան է։ Ջրածինը գրեթե բոլոր օրգանական միացությունների և կենդանի օրգանիզմների բաղադրիչն է։ Ամենից հաճախ այն առաջանում է օքսիդի` ջրի տեսքով:

Ֆիզիկաքիմիական բնութագրերը

Ջրածինը ակտիվ չէ, և երբ տաքացվում է կամ կատալիզատորների առկայության դեպքում այն ​​փոխազդում է գրեթե բոլոր պարզ և բարդ քիմիական տարրերի հետ։

Ջրածնի ռեակցիան պարզ քիմիական տարրերի հետ

Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջրածինը փոխազդում է թթվածնի, ծծմբի, քլորի և ազոտի հետ։ դուք կիմանաք, թե գազերի հետ ինչ փորձեր կարող եք անել տանը:

Ջրածնի և թթվածնի փոխազդեցության փորձը լաբորատորիայում

Վերցնենք մաքուր ջրածինը, որը գալիս է գազի ելքի խողովակով, և վառենք այն։ Այն կվառվի հազիվ նկատելի բոցով։ Եթե ​​անոթի մեջ ջրածնի խողովակ տեղադրեք, այն կշարունակի այրվել, իսկ պատերին ջրի կաթիլներ են գոյանում։ Այս թթվածինը արձագանքեց ջրածնի հետ.

2H2 + O2 = 2H2O + Q

Ջրածինը այրելիս առաջանում է մեծ քանակությամբ ջերմային էներգիա։ Թթվածնի և ջրածնի համակցության ջերմաստիճանը հասնում է 2000 °C-ի։ Թթվածինը օքսիդացրել է ջրածինը, ուստի այս ռեակցիան կոչվում է օքսիդացման ռեակցիա։

Նորմալ պայմաններում (առանց տաքացման) ռեակցիան դանդաղ է ընթանում։ Իսկ 550 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում տեղի է ունենում պայթյուն (ձևավորվում է այսպես կոչված պայթուցիկ գազ): Նախկինում ջրածինը հաճախ օգտագործվում էր փուչիկներ, սակայն պայթուցիկ գազի գոյացման պատճառով բազմաթիվ աղետներ են եղել։ Գնդակի ամբողջականությունը կոտրվել է, և պայթյուն է տեղի ունեցել. ջրածինը արձագանքել է թթվածնի հետ: Հետեւաբար, այժմ օգտագործվում է հելիում, որը պարբերաբար տաքացվում է բոցի միջոցով:

Քլորը փոխազդում է ջրածնի հետ և ձևավորում ջրածնի քլորիդ (միայն լույսի և ջերմության առկայության դեպքում): Ջրածնի և քլորի քիմիական ռեակցիան ունի հետևյալ տեսքը.

H2 + Cl2 = 2HCl

Հետաքրքիր փաստ. ֆտորի արձագանքը ջրածնի հետ պայթյուն է առաջացնում նույնիսկ մթության մեջ և 0 ° C-ից ցածր ջերմաստիճանում:

Ազոտի փոխազդեցությունը ջրածնի հետ կարող է տեղի ունենալ միայն տաքացման ժամանակ և կատալիզատորի առկայության դեպքում: Այս ռեակցիան առաջացնում է ամոնիակ: Ռեակցիայի հավասարումը.

ЗН2 + N2 = 2НН3

Ծծմբի և ջրածնի ռեակցիան առաջանում է գազի՝ ջրածնի սուլֆիդի ձևավորմամբ։ Արդյունքում փտած ձվերի հոտ է զգացվում.

H2 + S = H2S

Մետաղներում ջրածինը ոչ միայն լուծվում է, այլեւ կարող է արձագանքել դրանց հետ։ Արդյունքում առաջանում են միացություններ, որոնք կոչվում են հիդրիդներ։ Որոշ հիդրիդներ օգտագործվում են որպես վառելիք հրթիռներում: Նրանք նաև ատոմային էներգիա են արտադրում։

Ռեակցիան բարդ քիմիական տարրերի հետ

Օրինակ՝ ջրածինը պղնձի օքսիդով։ Վերցրեք ջրածնի մի խողովակ և անցկացրեք այն պղնձի օքսիդի փոշու միջով: Ամբողջ ռեակցիան տեղի է ունենում տաքացման ժամանակ: Սև պղնձի փոշին կդառնա դարչնագույն-կարմիր (պարզ պղնձի գույն): Հեղուկի կաթիլներ կհայտնվեն նաև կոլբայի չտաքացած հատվածների վրա. սա ձևավորվել է:

Քիմիական ռեակցիա:

CuO + H2 = Cu + H2O

Ինչպես տեսնում եք, ջրածինը փոխազդեց օքսիդի հետ և նվազեցրեց պղնձը:

Վերականգնման ռեակցիաներ

Եթե ​​ռեակցիայի ընթացքում նյութը հեռացնում է օքսիդը, ապա այն վերականգնող նյութ է: Պղնձի օքսիդի հետ ռեակցիայի օրինակով մենք տեսնում ենք, որ ջրածինը վերականգնող նյութ է։ Այն նաև փոխազդում է որոշ այլ օքսիդների հետ, ինչպիսիք են HgO, MoO3 և PbO: Ցանկացած ռեակցիայի դեպքում, եթե տարրերից մեկը օքսիդացնող նյութ է, ապա մյուսը կլինի վերականգնող նյութ:

Բոլոր ջրածնի միացությունները

Ջրածնի միացություններ ոչ մետաղներով- շատ անկայուն եւ թունավոր գազեր(օրինակ՝ ջրածնի սուլֆիդ, սիլան, մեթան):

Ջրածնի հալոգենիդներԱռավել հաճախ օգտագործվում է ջրածնի քլորիդը: Լուծվելուց առաջանում է աղաթթու։ Այս խմբի մեջ մտնում են նաև ֆտորաջրածինը, ջրածնի յոդը և բրոմաջրածինը: Այս բոլոր միացությունները արդյունքում կազմում են համապատասխան թթուներ։

Ջրածնի պերօքսիդ (քիմիական բանաձեւН2О2) ցուցաբերում է ամենաուժեղ օքսիդացնող հատկությունները։

Ջրածնի հիդրօքսիդներկամ ջուր H2O:

հիդրիդներմիացություններ են մետաղների հետ։

Հիդրօքսիդներթթուներ, հիմքեր և այլ միացություններ են, որոնք պարունակում են ջրածին:

օրգանական միացություններսպիտակուցներ, ճարպեր, լիպիդներ, հորմոններ և այլն:

Ջրածինը H-ն Տիեզերքի ամենատարածված տարրն է (մոտ 75% զանգվածով), Երկրի վրա այն իններորդ ամենատարածված տարրն է։ Ամենակարևոր բնական ջրածնի միացությունը ջուրն է։
Ջրածինը առաջին տեղում է պարբերական համակարգ(Z = 1): Այն ունի ատոմի ամենապարզ կառուցվածքը՝ ատոմի միջուկը 1 պրոտոն է, շրջապատված 1 էլեկտրոնից բաղկացած էլեկտրոնային ամպով։
Որոշ պայմաններում ջրածինը ցուցաբերում է մետաղական հատկություններ (նվիրում է էլեկտրոն), մյուսներում՝ ոչ մետաղական (ընդունում է էլեկտրոն)։
Բնության մեջ հանդիպում են ջրածնի իզոտոպներ՝ 1H - պրոտիում (միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից), 2H - դեյտերիում (D - միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ նեյտրոնից), 3H - տրիտիում (T - միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և երկուսից։ նեյտրոններ):

Պարզ նյութ ջրածին

Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմներից, որոնք կապված են ոչ բևեռային կովալենտային կապով։
Ֆիզիկական հատկություններ. Ջրածինը անգույն, ոչ թունավոր, անհոտ և անհամ գազ է։ Ջրածնի մոլեկուլը բևեռային չէ։ Ուստի գազային ջրածնի միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը փոքր են։ Սա արտահայտվում է ցածր ջերմաստիճաններեռման (-252,6 0С) և հալման (-259,2 0С):
Ջրածինը օդից թեթեւ է, D (օդում) = 0,069; փոքր–ինչ լուծելի է ջրում (2 ծավալ H2 լուծվում է 100 ծավալ H2O–ում)։ Հետեւաբար, ջրածինը, երբ արտադրվում է լաբորատորիայում, կարող է հավաքվել օդի կամ ջրի տեղաշարժի մեթոդներով:

Ջրածնի ստացում

Լաբորատորիայում:

1. Նոսրացված թթուների ազդեցությունը մետաղների վրա.
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2

2. Ալկալային և sh-z մետաղներջրով:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Հիդրիդների հիդրոլիզ. մետաղների հիդրիդները հեշտությամբ քայքայվում են ջրով՝ համապատասխան ալկալիների և ջրածնի առաջացմամբ.
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Ալկալիների ազդեցությունը ցինկի կամ ալյումինի կամ սիլիցիումի վրա.
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. Ջրի էլեկտրոլիզ. Բարձրացման համար էլեկտրական հաղորդունակությունջուր, դրան ավելացվում է էլեկտրոլիտ, օրինակ՝ NaOH, H 2 SO 4 կամ Na 2 SO 4։ Կաթոդում առաջանում է 2 ծավալ ջրածին, անոդում՝ 1 ծավալ թթվածին։
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Ջրածնի արդյունաբերական արտադրություն

1. Մեթանի փոխակերպումը գոլորշու հետ, Ni 800 °C (ամենաէժան):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Ընդհանուր առմամբ.
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Ջրային գոլորշի տաք կոքսի միջով 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Ստացված ածխածնի երկօքսիդը (IV) ներծծվում է ջրով, այս կերպ ստացվում է արդյունաբերական ջրածնի 50%-ը։

3. Երկաթի կամ նիկելի կատալիզատորի առկայության դեպքում մեթանը տաքացնելով մինչև 350°C.
CH 4 → C + 2H 2

4. Էլեկտրոլիզ ջրային լուծույթներ KCl կամ NaCl որպես կողմնակի արտադրանք.
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

• Միացություններում ջրածինը միշտ միավալենտ է։ Այն ունի +1 օքսիդացման աստիճան, սակայն մետաղների հիդրիդներում այն ​​-1 է։
• Ջրածնի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ատոմից։ Նրանց միջև կապի առաջացումը բացատրվում է էլեկտրոնների ընդհանրացված զույգի ձևավորմամբ՝ H՝ H կամ H 2:
• Էլեկտրոնների այս ընդհանրացման շնորհիվ H 2 մոլեկուլը էներգետիկ առումով ավելի կայուն է, քան իր առանձին ատոմները։ 1 մոլ ջրածնի մեջ մոլեկուլը ատոմների կոտրելու համար անհրաժեշտ է ծախսել 436 կՋ էներգիա՝ H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 կՋ / մոլ
• Սա բացատրում է մոլեկուլային ջրածնի համեմատաբար ցածր ակտիվությունը սովորական ջերմաստիճանում:
• Շատ ոչ մետաղների հետ ջրածինը ձևավորում է գազային միացություններ, ինչպիսիք են RN 4, RN 3, RN 2, RN:

1) հալոգեններով առաջացնում է ջրածնի հալոգենիդներ.
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Միաժամանակ այն պայթում է ֆտորով, քլորի ու բրոմի հետ արձագանքում է միայն լուսավորվելիս կամ տաքանալիս, իսկ յոդի հետ՝ միայն տաքանալիս։

2) թթվածնով.
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ջերմության արտանետմամբ: Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է դանդաղ՝ 550 ° C-ից բարձր՝ պայթյունով: 2 ծավալով H 2 և 1 ծավալով O 2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ:

3) Երբ տաքացվում է, այն ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ (շատ ավելի դժվար է սելենի և տելուրիումի հետ).
H 2 + S → H 2 S (ջրածնի սուլֆիդ),

4) ազոտով միայն կատալիզատորի վրա ամոնիակի առաջացմամբ և բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում.
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) ածխածնի հետ բարձր ջերմաստիճաններում.
2H 2 + C → CH 4 (մեթան)

6) ալկալիական և հողալկալիական մետաղներով առաջացնում է հիդրիդներ (ջրածինը օքսիդացնող նյութ է).
H 2 + 2Li → 2LiH
Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնը բացասական լիցքավորված է (օքսիդացման վիճակ -1), այսինքն՝ հիդրիդը Na + H - կառուցված է Na + Cl - քլորիդների նման.

Բարդ նյութերով.

7) մետաղների օքսիդներով (օգտագործվում է մետաղների վերականգնման համար).
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) ածխածնի օքսիդով (II).
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Սինթեզ - գազ (ջրածնի խառնուրդ և ածխածնի երկօքսիդ) ունի կարևոր գործնական արժեք, քանի որ կախված ջերմաստիճանից, ճնշումից և կատալիզատորից՝ տարբեր օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են HCHO, CH 3 OH և այլն:

9) Չհագեցած ածխաջրածինները փոխազդում են ջրածնի հետ՝ վերածվելով հագեցած.
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Ջրածին- Պարբերական աղյուսակի առաջին տարրը քիմիական տարրերԴ.Ի. Մենդելեևը։ Խորհրդանիշը Ն.

Ատոմային զանգված - 1 am.u. Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ H 2:

Ջրածնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան 1s 1 է։ Ջրածինը պատկանում է s-տարրերի ընտանիքին։ Իր միացություններում այն ​​ցուցադրում է օքսիդացման աստիճաններ -1, 0, +1: Բնական ջրածինը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ պրոտիում 1 H (99,98%) և դեյտերիում 2 H (D) (0,015%), և ռադիոակտիվ իզոտոպտրիտիում 3 H (T) (հետքաքանակներ, կիսամյակը՝ 12,5 տարի):

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը ցուցադրում է համեմատաբար ցածր ռեակտիվություն, որը բացատրվում է մոլեկուլում կապի բարձր ամրությամբ։ Տաքանալիս այն փոխազդում է հիմնական ենթախմբերի տարրերով առաջացած գրեթե բոլոր պարզ նյութերի հետ (բացառությամբ ազնիվ գազերի՝ B, Si, P, Al)։ Վ քիմիական ռեակցիաներկարող է հանդես գալ և՛ որպես վերականգնող (ավելի հաճախ), և՛ որպես օքսիդացնող նյութ (ավելի հաճախ):

Ջրածինը դրսևորվում է նվազեցնող գործակալի հատկությունները(H 2 0 -2e → 2H +) հետևյալ ռեակցիաներում.

1. Պարզ նյութերի՝ ոչ մետաղների հետ փոխազդեցության ռեակցիաները. Ջրածինը արձագանքում է հալոգեններով, ընդ որում, ֆտորի հետ փոխազդեցության ռեակցիան նորմալ պայմաններում, մթության մեջ, պայթյունով, քլորի հետ՝ լուսավորության տակ (կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման) շղթայական մեխանիզմով, բրոմի և յոդի հետ միայն տաքացնելիս. թթվածին(2:1 ծավալային հարաբերակցությամբ թթվածնի և ջրածնի խառնուրդը կոչվում է «պայթուցիկ գազ»), մոխրագույն, ազոտև Ածխածին:

H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150 - 300C);

3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat):

2. Բարդ նյութերի հետ փոխազդեցության ռեակցիաներ. Ջրածինը արձագանքում է ցածր ակտիվ մետաղների օքսիդներով, և այն ի վիճակի է նվազեցնել միայն ցինկի ակտիվության շարքում գտնվող մետաղները.

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);

WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O (t):

Ջրածինը արձագանքում է ոչ մետաղական օքսիդներով:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 - 300 ատմ., kat = ZnO, Cr 2 O 3):

Ջրածինը մտնում է հիդրոգենացման ռեակցիաների մեջ ցիկլոալկանների, ալկենների, արենների, ալդեհիդների և կետոնների դասի օրգանական միացությունների հետ: Այս բոլոր ռեակցիաներն իրականացվում են տաքացման, ճնշման տակ, որպես կատալիզատորներ օգտագործվում են պլատինը կամ նիկելը.

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH 3 CHO + H 2 ↔ CH 3 -CH 2 -OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3:

Ջրածին որպես օքսիդացնող նյութ(H 2 + 2e → 2H -) գործում է ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ ռեակցիաներում։ Այս դեպքում առաջանում են հիդրիդներ՝ բյուրեղային իոնային միացություններ, որոնցում ջրածինը ցուցադրում է -1 օքսիդացման աստիճան:

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p):

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p):

Ջրածնի ֆիզիկական հատկությունները

Ջրածինը բաց անգույն գազ է, առանց հոտի, խտությամբ n.o. - 0,09 գ / լ, 14,5 անգամ ավելի թեթև, քան օդը, t bale = -252,8C, t pl = - 259,2C: Ջրածինը վատ է լուծվում ջրում և օրգանական լուծիչներում, այն խիստ լուծելի է որոշ մետաղներում՝ նիկել, պալադիում, պլատին։

Համաձայն ժամանակակից տիեզերքիմիայի՝ ջրածինը տիեզերքի ամենաառատ տարրն է։ Ջրածնի գոյության հիմնական ձևը արտաքին տարածքառանձին ատոմներ են։ Ջրածինը Երկրի վրա 9-րդ ամենաառատ տարրն է։ Երկրի վրա ջրածնի հիմնական քանակությունը կապված վիճակում է՝ ջրի, նավթի բաղադրության մեջ, բնական գազ, կարծր ածուխ և այլն։ Պարզ նյութի տեսքով ջրածինը հազվադեպ է հանդիպում՝ հրաբխային գազերի բաղադրության մեջ։

Ջրածնի ստացում

Կան ջրածնի արտադրության լաբորատոր և արդյունաբերական մեթոդներ։ Լաբորատոր մեթոդները ներառում են մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ (1), ինչպես նաև ալյումինի փոխազդեցությունը ալկալիների ջրային լուծույթների հետ (2): Ջրածնի արտադրության արդյունաբերական մեթոդներից մեծ դերխաղալ ալկալիների և աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզը (3) և մեթանի փոխակերպումը (4):

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4):

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Երբ 23,8 գ մետաղական թիթեղը փոխազդում է աղաթթվի ավելցուկի հետ, ջրածին է բաց թողնվում, այն քանակով, որը բավարար է 12,8 գ մետաղական պղինձ ստանալու համար: Որոշեք ստացված միացության մեջ անագի օքսիդացման վիճակը:
Լուծում	Հիմնված էլեկտրոնային կառուցվածքըանագի ատոմ (...5s 2 5p 2) կարելի է եզրակացնել, որ անագին բնորոշ են երկու օքսիդացման վիճակներ՝ +2, +4։ Դրա հիման վրա մենք կկազմենք հնարավոր ռեակցիաների հավասարումները. Sn + 2HCl = H 2 + SnCl 2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3): Գտեք պղնձի նյութի քանակը. v (Cu) \u003d մ (Cu) / M (Cu) \u003d 12,8 / 64 \u003d 0,2 մոլ: Համաձայն 3-րդ հավասարման՝ ջրածնի նյութի քանակը. v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 մոլ. Իմանալով անագի զանգվածը՝ մենք գտնում ենք դրա նյութի քանակը. v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) \u003d 23,8 / 119 \u003d 0,2 մոլ: Համեմատենք անագի և ջրածնի նյութերի քանակներն ըստ 1-ին և 2-րդ հավասարումների և ըստ խնդրի պայմանի. v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (հավասարում 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (հավասարում 2); v(Sn): v(H 2) = 0.2:0.2 = 1:1 (խնդիր պայման): Հետեւաբար, անագը փոխազդում է աղաթթուըստ 1-ի հավասարման և անագի օքսիդացման աստիճանը +2 է:
Պատասխանել	Անագի օքսիդացման աստիճանը +2 է։

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	2,0 գ ցինկի ազդեցությամբ արձակված գազը 18,7 մլ 14,6% աղաթթվի դիմաց (լուծույթի խտությունը 1,07 գ/մլ) փոխանցվել է 4,0 գ պղնձի (II) օքսիդի վրա տաքացնելով։ Որքա՞ն է ստացված պինդ խառնուրդի զանգվածը.
Լուծում	Երբ ցինկը փոխազդում է աղաթթվի հետ, ջրածինը ազատվում է. Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), որը տաքացնելիս պղնձի (II) օքսիդը վերածում է պղնձի (2): CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O: Գտե՛ք նյութերի քանակը առաջին ռեակցիայում. մ (p-ra Hcl) = 18,7: 1,07 = 20,0 գ; m(HCl) = 20.0: 0,146 = 2,92 գ; v (HCl) \u003d 2,92 / 36,5 \u003d 0,08 մոլ; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 մոլ: Ցինկի պակասը կա, ուստի ազատված ջրածնի քանակը հետևյալն է. v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0,031 մոլ. Երկրորդ ռեակցիայում ջրածինը պակասում է, քանի որ. v (CuO) \u003d 4.0 / 80 \u003d 0.05 մոլ. Ռեակցիայի արդյունքում 0,031 մոլ CuO-ն կվերածվի 0,031 մոլ Cu-ի, իսկ զանգվածի կորուստը կլինի. մ (СuО) - մ (Сu) \u003d 0,031 × 80 - 0,031 × 64 \u003d 0,50 գ: CuO-ի և Cu-ի պինդ խառնուրդի զանգվածը ջրածնի անցումից հետո կլինի. 4,0-0,5 = 3,5 գ
Պատասխանել	CuO-ի պինդ խառնուրդի զանգվածը Cu-ի հետ 3,5 գ է։

Պարզ նյութերի ստացման արդյունաբերական մեթոդները կախված են բնության մեջ համապատասխան տարրի հայտնաբերման ձևից, այսինքն, թե որն է դրա արտադրության հումքը։ Այսպիսով, ստացվում է ազատ վիճակում առկա թթվածին ֆիզիկական ճանապարհով- ազատում հեղուկ օդից. Ջրածինը, մյուս կողմից, գրեթե ամբողջը միացությունների տեսքով է, հետևաբար, այն ստանալու համար. քիմիական մեթոդներ. Մասնավորապես, կարող են օգտագործվել տարրալուծման ռեակցիաներ: Ջրածնի արտադրության ուղիներից մեկը ջրի քայքայման ռեակցիան է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։

Հիմնական արդյունաբերական ճանապարհջրածնի արտադրություն - ռեակցիա մեթանի ջրի հետ, որը բնական գազի մի մասն է: Այն իրականացվում է ժ բարձր ջերմաստիճանի(հեշտ է ստուգել, ​​որ երբ մեթանը անցնում է նույնիսկ եռացող ջրի միջով, ռեակցիա չի լինում).

CH 4 + 2H 2 0 \u003d CO 2 + 4H 2 - 165 կՋ

Լաբորատորիայում պարզ նյութեր ստանալու համար ոչ թե պարտադիր բնական հումք են օգտագործում, այլ ընտրվում են այն սկզբնական նյութերը, որոնցից ավելի հեշտ է մեկուսացնել անհրաժեշտ նյութը։ Օրինակ՝ լաբորատորիայում օդից թթվածին չի ստացվում։ Նույնը վերաբերում է ջրածնի արտադրությանը։ Ջրածնի արտադրության լաբորատոր մեթոդներից մեկը, որը երբեմն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, ջրի տարրալուծումն է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։

Ջրածինը սովորաբար արտադրվում է լաբորատորիայում՝ ցինկը աղաթթվի հետ փոխազդելու միջոցով։

Արդյունաբերության մեջ

1.Աղերի ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզ.

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Ջրային գոլորշի անցնելը տաք կոքսի վրայովմոտավորապես 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Բնական գազից։

Գոլորշի փոխակերպում՝ CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Թթվածնի կատալիտիկ օքսիդացում՝ 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Ածխաջրածինների ճեղքում և բարեփոխում նավթի վերամշակման գործընթացում:

Լաբորատորիայում

1.Նոսրացված թթուների ազդեցությունը մետաղների վրա:Նման ռեակցիան իրականացնելու համար առավել հաճախ օգտագործվում են ցինկ և աղաթթու.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Կալցիումի փոխազդեցությունը ջրի հետ.

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Հիդրիդների հիդրոլիզ.

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Ալկալիների ազդեցությունը ցինկի կամ ալյումինի վրա.

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Էլեկտրոլիզի օգնությամբ։Ալկալիների կամ թթուների ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզի ժամանակ կաթոդում ջրածին է արտազատվում, օրինակ.

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

• Բիոռեակտոր ջրածնի արտադրության համար

Ֆիզիկական հատկություններ

Գազային ջրածինը կարող է գոյություն ունենալ երկու ձևով (փոփոխություններ)՝ օրթո- և պարաջրածնի տեսքով:

Օրթաջրածնի մոլեկուլում (mp −259,10 °C, bp −252,56 °C), միջուկային պտույտներն ուղղված են նույն կերպ (զուգահեռ), մինչդեռ պարաջրածինը (mp −259,32 °C, t bp −252,89 °C)՝ հակառակ։ միմյանց (հակ զուգահեռ):

Ջրածնի ալոտրոպ ձևերը կարելի է առանձնացնել հեղուկ ազոտի ջերմաստիճանում ակտիվ ածխածնի վրա կլանման միջոցով: Շատ ցածր ջերմաստիճաններում օրթոհաջրածնի և պարահիդրոգենի միջև հավասարակշռությունը գրեթե ամբողջությամբ փոխվում է դեպի վերջինս: 80 Կ-ի դեպքում կողմի հարաբերակցությունը մոտավորապես 1:1 է: Դեզորբացված պարաջրածինը, երբ տաքացվում է, վերածվում է օրթոհրածնի մինչև հավասարակշռության ձևավորումը: սենյակային ջերմաստիճանխառնուրդներ (օրտո-պարբերություն: 75:25): Առանց կատալիզատորի փոխակերպումը տեղի է ունենում դանդաղ, ինչը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել առանձին ալոտրոպ ձևերի հատկությունները։ Ջրածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է՝ H2: Նորմալ պայմաններում այն ​​անգույն, անհոտ ու անհամ գազ է։ Ջրածինը ամենաթեթև գազն է, որի խտությունը մի քանի անգամ փոքր է օդից։ Ակնհայտ է, որ որքան փոքր է մոլեկուլների զանգվածը, այնքան բարձր է դրանց արագությունը նույն ջերմաստիճանում: Ինչպես ամենաթեթևը, ջրածնի մոլեկուլները շարժվում են ավելի արագ, քան մոլեկուլներըցանկացած այլ գազ և այդպիսով կարող է ջերմություն ավելի արագ փոխանցել մի մարմնից մյուսը: Հետևում է, որ ջրածինը ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունն ունի գազային նյութեր. Նրա ջերմային հաղորդունակությունը մոտ յոթ անգամ ավելի բարձր է, քան օդինը։

Քիմիական հատկություններ

Ջրածնի H2 մոլեկուլները բավականին ուժեղ են, և որպեսզի ջրածինը արձագանքի, պետք է շատ էներգիա ծախսվի. , առաջացնելով կալցիումի հիդրիդ՝ Ca + H 2 \u003d CaH 2 և միակ ոչ մետաղի հետ՝ ֆտորով, առաջացնելով ջրածնի ֆտորիդ՝ F 2 + H 2 \u003d 2HF Մետաղների և ոչ մետաղների մեծ մասի հետ ջրածինը արձագանքում է բարձր ջերմաստիճաններում կամ ավելի ցածր այլ ազդեցություններ, ինչպիսիք են լուսավորությունը: Այն կարող է «խլել» թթվածինը որոշ օքսիդներից, օրինակ՝ CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 0 Գրված հավասարումն արտացոլում է վերականգնողական ռեակցիան: Կրճատման ռեակցիաները կոչվում են գործընթացներ, որոնց արդյունքում թթվածինը վերցվում է միացությունից; Այն նյութերը, որոնք խլում են թթվածինը, կոչվում են վերականգնող նյութեր (նրանք իրենք են օքսիդանում): Այնուհետև կտրվի «օքսիդացում» և «վերականգնում» հասկացությունների մեկ այլ սահմանում: Ա այս սահմանումը, պատմականորեն առաջինը, պահպանում է իր կարևորությունը ներկա ժամանակներում, հատկապես օրգանական քիմիայում։ Կրճատման ռեակցիան հակադրվում է օքսիդացման ռեակցիային։ Այս երկու ռեակցիաները միշտ ընթանում են միաժամանակ որպես մեկ պրոցես. երբ մի նյութը օքսիդանում է (նվազեցնում), մյուսն անպայմանորեն կրճատվում է (օքսիդանում) միաժամանակ։

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Ձևեր հալոգեններով ջրածնի հալոգենիդներ:

F 2 + H 2 → 2 HF, ռեակցիան ընթանում է պայթյունով մթության մեջ և ցանկացած ջերմաստիճանում, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, ռեակցիան ընթանում է պայթյունով, միայն լույսի ներքո։

Այն փոխազդում է մուրի հետ ուժեղ տաքացման ժամանակ.

C + 2H 2 → CH 4

Փոխազդեցություն ալկալային և հողալկալիական մետաղների հետ

Ջրածինը ձևավորվում է ակտիվ մետաղներով հիդրիդներ:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

հիդրիդներ- աղի, պինդ նյութեր, հեշտությամբ հիդրոլիզվող.

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Փոխազդեցություն մետաղների օքսիդների հետ (սովորաբար d-տարրեր)

Օքսիդները վերածվում են մետաղների.

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Օրգանական միացությունների հիդրոգենացում

Ջրածնի ազդեցության տակ չհագեցած ածխաջրածինների վրա նիկելի կատալիզատորի և բարձր ջերմաստիճանի առկայության դեպքում ռեակցիան տեղի է ունենում. հիդրոգենացում:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Ջրածինը ալդեհիդները վերածում է սպիրտների.

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH:

Ջրածնի երկրաքիմիա

Ջրածին - հիմնական շինանյութտիեզերք. Սա ամենատարածված տարրն է, և բոլոր տարրերը ձևավորվում են դրանից ջերմամիջուկային և միջուկային ռեակցիաների արդյունքում։

Ազատ ջրածինը H2-ը համեմատաբար հազվադեպ է երկրային գազերում, սակայն ջրի տեսքով այն բացառիկ կարևոր դեր է խաղում երկրաքիմիական գործընթացներում:

Ջրածինը հանքանյութերում կարող է առկա լինել ամոնիումի իոնի, հիդրօքսիլ իոնի և բյուրեղային ջրի տեսքով։

Ջրածինը մթնոլորտում անընդհատ արտադրվում է ջրի քայքայման արդյունքում։ արեւային ճառագայթում. Այն գաղթում է դեպի վերին մթնոլորտ և փախչում տիեզերք։

Դիմում

• Ջրածնի էներգիա

Ատոմային ջրածինը օգտագործվում է ատոմային ջրածնի եռակցման համար:

Վ Սննդի Արդյունաբերությունջրածինը գրանցված է որպես սննդային հավելում E949որպես փաթեթավորման գազ։

Շրջանառության առանձնահատկությունները

Ջրածինը օդի հետ խառնվելիս առաջանում է պայթուցիկ խառնուրդ՝ այսպես կոչված, պայթեցնող գազ։ Այս գազը առավել պայթյունավտանգ է, երբ ջրածնի և թթվածնի ծավալային հարաբերակցությունը 2:1 է, կամ ջրածինը և օդը մոտավորապես 2:5 են, քանի որ օդը պարունակում է մոտավորապես 21% թթվածին: Ջրածինը նույնպես դյուրավառ է։ Հեղուկ ջրածինը կարող է ուժեղ ցրտահարության պատճառ դառնալ, եթե այն շփվի մաշկի հետ:

Ջրածնի պայթուցիկ կոնցենտրացիաները թթվածնի հետ տեղի են ունենում 4% -ից մինչև 96% ծավալով: Օդի հետ խառնելիս 4%-ից մինչև 75 (74)% ծավալով:

Ջրածնի օգտագործումը

Վ քիմիական արդյունաբերությունջրածինը օգտագործվում է ամոնիակի, օճառի և պլաստիկի արտադրության մեջ։ Սննդի արդյունաբերության մեջ՝ օգտագործելով ջրածինը հեղուկից բուսական յուղերպատրաստել մարգարին. Ջրածինը շատ թեթև է և միշտ օդ է բարձրանում։ Մի անգամ օդանավեր և Փուչիկներլցված ջրածնով: Բայց 30-ական թթ. XX դար մի քանի սարսափելի վթարներ են տեղի ունեցել, երբ օդանավերը պայթել և այրվել են։ Մեր օրերում օդանավերը լցված են հելիում գազով։ Ջրածինը նույնպես օգտագործվում է որպես հրթիռային վառելիք. Մի օր ջրածինը կարող է լայնորեն օգտագործվել որպես ավտոմեքենաների և բեռնատարների վառելիք: Ջրածնային շարժիչները չեն աղտոտում միջավայրըև արտանետում են միայն ջրային գոլորշիներ (սակայն ջրածնի բուն արտադրությունը հանգեցնում է շրջակա միջավայրի որոշակի աղտոտման): Մեր Արեգակը հիմնականում կազմված է ջրածնից։ Արեգակնային ջերմությունն ու լույսը արտազատման արդյունք են միջուկային էներգիաջրածնի միջուկների միաձուլմամբ։

Ջրածնի օգտագործումը որպես վառելիք (տնտեսական արդյունավետություն)

Որպես վառելիք օգտագործվող նյութերի ամենակարևոր բնութագիրը դրանց այրման ջերմությունն է։ Ընդհանուր քիմիայի դասընթացից հայտնի է, որ թթվածնի հետ ջրածնի փոխազդեցության ռեակցիան տեղի է ունենում ջերմության արտանետմամբ։ Եթե ​​վերցնենք 1 մոլ H 2 (2 գ) և 0,5 մոլ O 2 (16 գ) ժ. ստանդարտ պայմաններև սկսել ռեակցիա, ապա ըստ հավասարման

H 2 + 0,5 O 2 \u003d H 2 O

ռեակցիայի ավարտից հետո ձևավորվում է 1 մոլ H 2 O (18 գ) 285,8 կՋ/մոլ էներգիայի արտանետմամբ (համեմատության համար՝ ացետիլենի այրման ջերմությունը 1300 կՋ/մոլ է, պրոպանը՝ 2200 կՋ/մոլ) . 1 մ³ ջրածինը կշռում է 89,8 գ (44,9 մոլ): Ուստի 1 մ³ ջրածին ստանալու համար կծախսվի 12832,4 կՋ էներգիա։ Հաշվի առնելով այն, որ 1 կՎտժ = 3600 կՋ, ստանում ենք 3,56 կՎտժ էլեկտրաէներգիա։ Իմանալով 1 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիայի սակագինը և 1 մ³ գազի արժեքը՝ կարող ենք եզրակացնել, որ նպատակահարմար է անցնել ջրածնային վառելիքի։

Օրինակ, փորձնական 3-րդ սերնդի Honda FCX մոդելը 156 լիտրանոց ջրածնի բաքով (պարունակում է 3,12 կգ ջրածին 25 ՄՊա ճնշման դեպքում) անցնում է 355 կմ։ Համապատասխանաբար 3,12 կգ H2-ից ստացվում է 123,8 կՎտժ։ 100 կմ-ի վրա էներգիայի սպառումը կկազմի 36,97 կՎտժ։ Իմանալով էլեկտրաէներգիայի արժեքը, գազի կամ բենզինի արժեքը, դրանց սպառումը մեքենայի համար 100 կմ-ի համար՝ հեշտ է հաշվարկել մեքենաները ջրածնային վառելիքի անցնելու բացասական տնտեսական ազդեցությունը: Ենթադրենք (Ռուսաստան 2008 թ.) 10 ցենտը մեկ կՎտժ էլեկտրաէներգիայի դիմաց բերում է նրան, որ 1 մ³ ջրածինը բերում է 35,6 ցենտ գնի, իսկ ջրի քայքայման 40-45 ցենտների արդյունավետությունը հաշվի առնելով՝ նույնքան կՎտժ. բենզինի այրումից մանրածախ գներով արժե 12832,4 կՋ/42000 կՋ/0,7 կգ/լ*80 ցենտ/լ=34 ցենտ, իսկ ջրածնի համար մենք հաշվարկել ենք իդեալական տարբերակը՝ առանց հաշվի առնելու փոխադրումները, սարքավորումների մաշվածությունը և այլն։ Մեթանի համար՝ այրման էներգիան մոտ 39 ՄՋ/մ³-ի համար, արդյունքը կլինի երկու-չորս անգամ ցածր գնի տարբերության պատճառով (1 մ³ Ուկրաինայի համար արժե $179, իսկ Եվրոպայի համար $350): Այսինքն՝ մեթանի համարժեք քանակությունը կարժենա 10-20 ցենտ։

Այնուամենայնիվ, չպետք է մոռանալ, որ երբ մենք այրում ենք ջրածինը, մենք ստանում ենք մաքուր ջուրորից այն արդյունահանվել է։ Այսինքն՝ մենք ունենք վերականգնվող պահեստապետէներգիա՝ առանց շրջակա միջավայրին վնաս պատճառելու, ի տարբերություն գազի կամ բենզինի, որոնք էներգիայի հիմնական աղբյուրներն են։

Php 377 տողում Զգուշացում. պահանջվում է (http://www..php). չհաջողվեց բացել հոսքը. համապատասխան փաթաթան չի գտնվել /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php տողում 377 Fatal Սխալ՝ պահանջ (). Չհաջողվեց բացել, պահանջվում է «http://www..php» (include_path="..php 377 տողում

Պարբերական համակարգում ջրածինը գտնվում է տարրերի երկու խմբերում, որոնք բացարձակապես հակադիր են իրենց հատկություններով։ Այս հատկանիշըդարձնել այն ամբողջովին յուրահատուկ: Ջրածինը ոչ միայն տարր կամ նյութ է, այլ նաև ա անբաժանելի մասն էշատ բարդ միացություններ, օրգանոգեն և կենսագեն տարրեր: Հետևաբար, մենք ավելի մանրամասն դիտարկում ենք դրա հատկությունները և բնութագրերը:

Մետաղների և թթուների փոխազդեցության ժամանակ այրվող գազի արտազատումը նկատվել է դեռևս 16-րդ դարում, այսինքն՝ քիմիայի՝ որպես գիտության ձևավորման ժամանակ։ Հայտնի անգլիացի գիտնական Հենրի Քավենդիշը 1766 թվականից սկսել է ուսումնասիրել նյութը և տվել այն «այրվող օդ» անվանումը։ Այրվելիս այս գազը ջուր էր արտադրում: Ցավոք, գիտնականի հավատարմությունը ֆլոգիստոնի (հիպոթետիկ «հիպեր նուրբ նյութ») տեսությանը խանգարեց նրան ճիշտ եզրակացությունների հանգել։

Ֆրանսիացի քիմիկոս և բնագետ Ա.Լավուազեն ինժեներ Ժ.Մյունյեի հետ և հատուկ գազաչափերի օգնությամբ 1783 թվականին իրականացրել է ջրի սինթեզը, այնուհետև վերլուծությունը՝ շիկացած երկաթով ջրային գոլորշի քայքայելով։ Այսպիսով, գիտնականները կարողացել են ճիշտ եզրակացությունների գալ։ Նրանք պարզել են, որ «այրվող օդը» ոչ միայն ջրի մի մասն է, այլեւ կարելի է դրանից ստանալ։

1787 թվականին Լավուազեն առաջարկել է, որ ուսումնասիրվող գազը եղել է պարզ նյութև, համապատասխանաբար, վերաբերում է առաջնային քիմիական տարրերի քանակին: Նա այն անվանել է ջրածին (հունարեն hydor - ջուր + gennao - ծնում եմ) բառերից, այսինքն՝ «ջուր ծնել»։

Ռուսերեն «ջրածին» անվանումն առաջարկվել է 1824 թվականին քիմիկոս Մ.Սոլովյովի կողմից։ Ջրի բաղադրության որոշումը նշանավորեց «ֆլոգիստոնի տեսության» ավարտը։ 18-19-րդ դարերի սկզբին պարզվեց, որ ջրածնի ատոմը շատ թեթև է (համեմատած այլ տարրերի ատոմների հետ) և նրա զանգվածը վերցվել է որպես ատոմային զանգվածների համեմատման հիմնական միավոր՝ ստանալով 1-ի արժեք։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ջրածինը բոլորից ամենաթեթևն է գիտությանը հայտնինյութեր (այն 14,4 անգամ ավելի թեթև է, քան օդը), դրա խտությունը 0,0899 գ/լ է (1 ատմ, 0 ° C): Այս նյութըհալվում է (պինդանում) և եռում (հեղուկանում) համապատասխանաբար -259,1 ° C և -252,8 ° C (միայն հելիումն ունի եռման և հալման ավելի ցածր ջերմաստիճան)։

Ջրածնի կրիտիկական ջերմաստիճանը չափազանց ցածր է (-240 °C): Այդ իսկ պատճառով դրա հեղուկացումը բավականին բարդ և ծախսատար գործընթաց է։ Նյութի կրիտիկական ճնշումը 12,8 կգ/սմ² է, իսկ կրիտիկական խտությունը՝ 0,0312 գ/սմ³։ Բոլոր գազերի մեջ ջրածինը ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը. 1 ատմ և 0 ° C ջերմաստիճանում այն ​​կազմում է 0,174 Վտ / (mxK):

Նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը նույն պայմաններում կազմում է 14,208 կՋ / (kgxK) կամ 3,394 կկալ / (gh ° C): Այս տարրը փոքր-ինչ լուծելի է ջրի մեջ (մոտ 0,0182 մլ/գ 1 ատմ և 20 ° C ջերմաստիճանում), բայց լավ է մետաղների մեծ մասում (Ni, Pt, Pa և այլն), հատկապես պալադիումում (մոտ 850 ծավալ Pd-ի մեկ ծավալի համար): .

Վերջին հատկությունը կապված է նրա ցրվելու ունակության հետ, մինչդեռ ածխածնի համաձուլվածքի միջոցով դիֆուզիան (օրինակ՝ պողպատ) կարող է ուղեկցվել համաձուլվածքի քայքայմամբ՝ ջրածնի հետ ածխածնի փոխազդեցության պատճառով (այս գործընթացը կոչվում է ածխաթթուացում)։ Վ հեղուկ վիճակնյութը շատ թեթև է (խտությունը՝ 0,0708 գ/սմ³ t ° \u003d -253 ° C-ում) և հեղուկ (մածուցիկությունը՝ 13,8 փչացած նույն պայմաններում):

Շատ միացություններում այս տարրը դրսևորում է +1 վալենտություն (օքսիդացման վիճակ), որը նման է նատրիումին և այլ ալկալային մետաղներին: Այն սովորաբար համարվում է այս մետաղների անալոգը: Ըստ այդմ՝ նա գլխավորում է Մենդելեևի համակարգի I խումբը։ Մետաղների հիդրիդներում ջրածնի իոնն արտահայտում է բացասական լիցք (օքսիդացման աստիճանը -1 է), այսինքն՝ Na + H--ն ունի Na + Cl- քլորիդին նման կառուցվածք։ Այս և որոշ այլ փաստերի համաձայն («H» տարրի ֆիզիկական հատկությունների և հալոգենների մոտ լինելը, օրգանական միացություններում այն ​​հալոգեններով փոխարինելու ունակությունը), ջրածինը դասակարգվում է որպես. VII խումբՄենդելեևի համակարգերը.

Նորմալ պայմաններում մոլեկուլային ջրածինը ունի ցածր ակտիվություն, ուղղակիորեն միանալով միայն ոչ մետաղների ամենաակտիվներին (ֆտորով և քլորով, վերջինիս հետ՝ լույսի ներքո)։ Իր հերթին, երբ տաքացվում է, այն փոխազդում է բազմաթիվ քիմիական տարրերի հետ։

Ատոմային ջրածինն ունի բարձր քիմիական ակտիվություն (մոլեկուլային ջրածնի համեմատ): Թթվածնով այն ձևավորում է ջուր ըստ բանաձևի.

Н2 + ½О2 = Н2О,

արձակելով 285,937 կՋ/մոլ ջերմություն կամ 68,3174 կկալ/մոլ (25°C, 1 ատմ): Սովորականի մեջ ջերմաստիճանի պայմաններըռեակցիան ընթանում է բավականին դանդաղ, իսկ t ° >= 550 ° C-ում` անվերահսկելի: Ջրածին + թթվածին խառնուրդի ծավալային պայթուցիկ սահմանները կազմում են 4–94% H2, իսկ ջրածին + օդի խառնուրդները՝ 4–74% H2 (երկու ծավալ H2 և մեկ ծավալ O2 խառնուրդը կոչվում է պայթուցիկ գազ)։

Այս տարրը օգտագործվում է մետաղների մեծ մասը նվազեցնելու համար, քանի որ այն թթվածին է վերցնում օքսիդներից.

Fe₃O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О,

CuO + H2 = Cu + H2O և այլն:

Տարբեր հալոգեններով ջրածինը ձևավորում է ջրածնի հալոգենիդներ, օրինակ.

H2 + Cl2 = 2HCl:

Այնուամենայնիվ, ֆտորի հետ արձագանքելիս ջրածինը պայթում է (դա տեղի է ունենում նաև մթության մեջ, -252 ° C-ում), բրոմի և քլորի հետ արձագանքում է միայն տաքացնելիս կամ լուսավորվելիս, իսկ յոդի հետ միայն տաքացնելիս: Ազոտի հետ փոխազդելիս առաջանում է ամոնիակ, բայց միայն կատալիզատորի վրա՝ հետ բարձր ճնշումներև ջերմաստիճանը:

ZN2 + N2 = 2NH3:

Ջրածինը ջեռուցվելիս ակտիվորեն արձագանքում է ծծմբի հետ.

H2 + S = H2S (ջրածնի սուլֆիդ),

և շատ ավելի դժվար՝ թելուրիումի կամ սելենի հետ: Ջրածինը փոխազդում է մաքուր ածխածնի հետ՝ առանց կատալիզատորի, բայց բարձր ջերմաստիճաններում.

2H2 + C (ամորֆ) = CH4 (մեթան):

Այս նյութը ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ մետաղների հետ (ալկալիներ, ալկալային հող և այլն)՝ առաջացնելով հիդրիդներ, օրինակ.

Н2 + 2Li = 2LiH:

Ոչ փոքր գործնական նշանակություն ունեն ջրածնի և ածխածնի օքսիդի (II) փոխազդեցությունները։ Այս դեպքում կախված ճնշումից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորից առաջանում են տարբեր օրգանական միացություններ՝ HCHO, CH3OH և այլն, չհագեցած ածխաջրածինները ռեակցիայի ընթացքում վերածվում են հագեցածների, օրինակ.

С n Н2 n + Н2 = С n Н2 n ₊2:

Ջրածինը և նրա միացությունները բացառիկ դեր են խաղում քիմիայի մեջ։ Դա պայմանավորում է թթվային հատկություններայսպես կոչված: պրոտիկ թթուները հակված են ջրածնային կապեր ձևավորել տարբեր տարրերի հետ, որոնք էական ազդեցություն ունեն բազմաթիվ անօրգանական և օրգանական միացությունների հատկությունների վրա։

Ջրածնի ստացում

համար հումքի հիմնական տեսակները արդյունաբերական արտադրությունԱյս տարրից են նավթավերամշակման գազերը, բնական այրվող և կոքսային վառարանի գազերը: Ջրից ստացվում է նաև էլեկտրոլիզի միջոցով (մատչելի էլեկտրաէներգիա ունեցող վայրերում)։ Մեկը էական մեթոդներԲնական գազից նյութի արտադրությունը համարվում է ածխաջրածինների, հիմնականում մեթանի կատալիտիկ փոխազդեցությունը ջրային գոլորշու հետ (այսպես կոչված՝ փոխակերպում)։ Օրինակ:

CH4 + H2O = CO + ZH2:

Ածխաջրածինների թերի օքսիդացում թթվածնով.

CH4 + ½O2 \u003d CO + 2H2:

Սինթեզված ածխածնի երկօքսիդը (II) ենթարկվում է փոխակերպման.

CO + H2O = CO2 + H2:

Բնական գազից ստացված ջրածինը ամենաէժանն է։

Ջրի էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է ուղիղ հոսանք, որն անցնում է NaOH կամ KOH լուծույթով (սարքավորումների կոռոզիայից խուսափելու համար թթուներ չեն օգտագործվում): Լաբորատոր պայմաններում նյութը ստացվում է ջրի էլեկտրոլիզով կամ աղաթթվի և ցինկի ռեակցիայի արդյունքում։ Այնուամենայնիվ, ավելի հաճախ օգտագործվում է պատրաստի գործարանային նյութը բալոններում:

Զտարանի գազերից և կոքսի վառարանի գազից տրված տարրմեկուսացված՝ հեռացնելով գազային խառնուրդի բոլոր մյուս բաղադրիչները, քանի որ դրանք ավելի հեշտ է հեղուկացվել խորը սառեցմամբ:

Արդյունաբերական առումով այս նյութը սկսեց ձեռք բերել ետ վերջ XVIIIդարում։ Հետո այն օգտագործվել է փուչիկներ լցնելու համար։ Վրա այս պահինջրածինը լայնորեն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ, հիմնականում քիմիական արդյունաբերության մեջ, ամոնիակի արտադրության համար։

Նյութի զանգվածային սպառողները մեթիլ և այլ սպիրտներ, սինթետիկ բենզին և շատ այլ ապրանքներ արտադրողներն են։ Ստացվում են ածխածնի մոնօքսիդից (II) և ջրածնից սինթեզով։ Ջրածինը օգտագործվում է ծանր և պինդ հեղուկ վառելիքի, ճարպերի և այլնի հիդրոգենացման, HCl-ի սինթեզի, նավթամթերքների հիդրոմշակման, ինչպես նաև մետաղների կտրման/եռակցման համար: Հիմնական տարրերը համար միջուկային էներգիանրա իզոտոպներն են՝ տրիտումը և դեյտերիումը։

Ջրածնի կենսաբանական դերը

Կենդանի օրգանիզմների զանգվածի մոտ 10%-ը (միջին հաշվով) ընկնում է այս տարրի վրա։ Այն ջրի մի մասն է և բնական միացությունների ամենակարևոր խմբերը, ներառյալ սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները, լիպիդները, ածխաջրերը: Ինչի՞ն է դա ծառայում:

Այս նյութը որոշիչ դեր է խաղում՝ պահպանելով սպիտակուցների տարածական կառուցվածքը (չորրորդական), նուկլեինաթթուների փոխլրացման սկզբունքը (այսինքն՝ գենետիկական տեղեկատվության ներդրման և պահպանման գործում), ընդհանրապես՝ մոլեկուլային «ճանաչման» մեջ։ մակարդակ.

Ջրածնի H+ իոնը մասնակցում է օրգանիզմում տեղի ունեցող կարևոր դինամիկ ռեակցիաներին/գործընթացներին։ Ներառյալ՝ կենսաբանական օքսիդացման մեջ, որն ապահովում է կենդանի բջիջներին էներգիա, կենսասինթեզի ռեակցիաների, բույսերի ֆոտոսինթեզի, բակտերիաների ֆոտոսինթեզի և ազոտի ֆիքսման, պահպանման թթու-բազային հավասարակշռությունև հոմեոստազը, մեմբրանի փոխադրման գործընթացներում։ Ածխածնի և թթվածնի հետ միասին կազմում է ֆունկցիոնալ և կառուցվածքային հիմքըկյանքի երևույթները.