Caracteristicile elementelor s

Blocul de elemente s include 13 elemente, comune cărora este formarea subnivelului s al nivelului de energie externă în atomii lor.

Deși hidrogenul și heliul sunt elemente s, datorită specificului proprietăților lor, acestea ar trebui luate în considerare separat. Hidrogenul, sodiul, potasiul, magneziul, calciul sunt elemente vitale.

Compușii cu elemente S prezintă tipare generaleîn proprietăţi datorită asemănării structura electronica atomii lor. Toți electronii externi sunt valenți și iau parte la formare legături chimice... Prin urmare, starea maximă de oxidare a acestor elemente în compuși este numarul electroni în strat exteriorși, în consecință, este egal cu numărul grupului în care element dat... Starea de oxidare a metalelor cu elemente s este întotdeauna pozitivă. O altă caracteristică este că, după separarea electronilor stratului exterior, rămâne un ion, care are o înveliș de gaz nobil. La crestere număr de serie element, raza atomică, energia de ionizare scade (de la 5,39 eV y Li la 3,83 eV y Fr), iar activitatea reducătoare a elementelor crește.

Majoritatea covârșitoare a compușilor elementelor s sunt incolore (spre deosebire de compușii elementelor d), deoarece tranziția electronilor d de la nivel scăzut. niveluri de energie la niveluri mai mari de energie.

Compușii elementelor grupelor IA - IIA sunt săruri tipice, într-o soluție apoasă se disociază aproape complet în ioni, nu sunt susceptibili de hidroliză la cation (cu excepția sărurilor Be 2+ și Mg 2+).

hidrură de hidrogen covalent ionic

Complexarea nu este tipică pentru ionii elementului s. Complexele cristaline de s - elemente cu liganzi H 2 O-hidratii cristalini sunt cunoscute din antichitate profundă, de exemplu: Na2B4O710H2O-borax, KAL (SO4)2 12H2O-alum. Moleculele de apă din hidrații cristalini sunt grupate în jurul cationului, dar uneori înconjoară complet și anionul. Datorită încărcăturii mici a ionului și razei mari a ionului, metalele alcaline sunt cel mai puțin predispuse la formarea de complexe, inclusiv complexe acvatice. Ca agenți de complexare în compuși complecși ionii de litiu, beriliu și magneziu au stabilitate scăzută.

Hidrogen. Proprietățile chimice ale hidrogenului

Hidrogenul este cel mai ușor element S. Configurația sa electronică în starea fundamentală este 1S 1. Un atom de hidrogen este format dintr-un proton și un electron. Particularitatea hidrogenului este că electronul său de valență se află direct în sfera de acțiune nucleul atomic... Hidrogenul nu are un strat electronic intermediar, astfel încât hidrogenul nu poate fi considerat un analog electronic al metalelor alcaline.

Ca și metalele alcaline, hidrogenul este un agent reducător și prezintă o stare de oxidare de + 1. Spectrele hidrogenului sunt similare cu cele ale metalelor alcaline. Hidrogenul îl aduce mai aproape de metalele alcaline prin capacitatea sa de a da ion H + hidratat încărcat pozitiv în soluții.

Asemenea unui halogen, unui atom de hidrogen îi lipsește un electron. Acesta este motivul existenței ionului hidrură H -.

În plus, ca și atomii de halogen, atomii de hidrogen sunt caracterizați printr-o energie de ionizare ridicată (1312 kJ/mol). Astfel, hidrogenul ocupă o poziție specială în Tabelul Periodic al Elementelor.

Hidrogenul este cel mai abundent element din univers, reprezentând până la jumătate din masa soarelui și a majorității stelelor.

Pe Soare și pe alte planete, hidrogenul se află în stare atomică, în mediul interstelar sub formă de molecule diatomice parțial ionizate.

Hidrogenul are trei izotopi; protium 1 H, deuteriu 2 D și tritiu 3 T, tritiul fiind un izotop radioactiv.

Moleculele de hidrogen se disting prin rezistență ridicată și polarizabilitate scăzută, dimensiuni mici și masă redusă și mobilitate ridicată. Prin urmare, hidrogenul are puncte de topire foarte scăzute (-259,2 o C) și puncte de fierbere (-252,8 o C). Din cauza energie mare disociere (436 kJ/mol) descompunerea moleculelor în atomi are loc la temperaturi peste 2000 o C. Hidrogenul este un gaz incolor, inodor și insipid. Are o densitate scăzută - 8,99 · 10 -5 g/cm La presiuni foarte mari, hidrogenul se transformă în stare metalică. Se crede că pe planete îndepărtate sistem solar- Jupiter și Saturn, hidrogenul este înăuntru stare de metal... Există o presupunere că compoziția miezul pământului include si hidrogen metalic, unde se află la presiunea ultra-înaltă creată de mantaua pământului.

Proprietăți chimice. La temperatura camerei hidrogenul molecular reacționează numai cu fluor, când este iradiat cu lumină - cu clor și brom, când este încălzit cu O 2, S, Se, N 2, C, I 2.

Reacțiile hidrogenului cu oxigenul și halogenii au loc printr-un mecanism radical.

Interacțiunea cu clorul este un exemplu de reacție neramificată când este iradiată cu lumină (activare fotochimică), când este încălzită (activare termică).

Сl + H 2 = HCl + H (dezvoltarea lanțului)

H + CI2 = HCI + CI

Explozia unui gaz oxihidrogen - un amestec hidrogen-oxigen - este un exemplu de proces cu lanț ramificat, când inițierea unui lanț include nu una, ci mai multe etape:

H2 + O2 = 2OH

H + O2 = OH + O

O + H2 = OH + H

OH + H2 = H2O + H

Procesul exploziv poate fi evitat lucrând cu hidrogen pur.

Deoarece hidrogenul este caracterizat prin stări de oxidare pozitive (+1) și negative (-1), hidrogenul poate prezenta atât proprietăți reducătoare, cât și oxidante.

Proprietățile reducătoare ale hidrogenului se manifestă atunci când interacționează cu nemetale:

H2 (g) + CI2 (g) = 2HCI (g),

2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g),

Aceste reacții continuă cu eliberarea un numar mare căldură, care mărturisește energia (rezistența) mare a legăturilor H-Cl, H-O. Prin urmare, hidrogenul prezintă proprietăți reducătoare în raport cu mulți oxizi, halogenuri, de exemplu:

Aceasta este baza pentru utilizarea hidrogenului ca agent reducător pentru producerea de substanțe simple din oxizi de halogenură.

Hidrogenul atomic este un agent reducător și mai puternic. Se formează din descărcare moleculară în electronică în condiții de joasă presiune.

Hidrogenul are o activitate reducătoare mare în momentul eliberării în timpul interacțiunii unui metal cu un acid. Acest hidrogen reduce CrCl3 la CrCl2:

2CrCl 3 + 2HCl + 2Zn = 2CrCl 2 + 2ZnCl 2 + H 2 ^

Interacțiunea hidrogenului cu oxidul de azot (II) este importantă:

2NO + 2H2 = N2 + H2O

Folosit în sistemele de purificare pentru producerea acidului azotic.

Ca agent oxidant, hidrogenul interacționează cu metalele active:

În acest caz, hidrogenul se comportă ca un halogen, formându-se analog cu halogenurile hidruri.

Hidrururile de elemente s din grupa I au o structură ionică de tip NaCl. Din punct de vedere chimic, hidrurile ionice se comportă ca niște compuși bazici.

Hidrururile covalente sunt mai puțin electronegative decât hidrogenul însuși al elementelor nemetalice, de exemplu, hidruri cu compoziția SiH 4, BH 3, CH 4. Prin natura lor chimică, hidrurile nemetalice sunt compuși acizi.

O trăsătură caracteristică a hidrolizei hidrururilor este evoluția hidrogenului; reacția se desfășoară conform unui mecanism redox.

Hidrură de bază

Hidrură acidă

Datorită evoluției hidrogenului, hidroliza are loc complet și ireversibil (? Н<0, ?S>0). În acest caz, hidrurile bazice formează un acid alcalin și acid.

Potențialul standard al sistemului B. În consecință, ionul H este un agent reducător puternic.

În laborator, hidrogenul este produs prin interacțiunea zincului cu acid sulfuric 20% în aparatul Kipp.

Zincul tehnic conține adesea impurități mici de arsen și antimoniu, care sunt reduse de hidrogen în momentul eliberării în gaze otrăvitoare: arsina SbH 3 și stubin SbH Un astfel de hidrogen poate fi otrăvit. Cu zincul chimic pur, reacția decurge lent din cauza supratensiunii și nu se poate obține un curent bun de hidrogen. Viteza acestei reacții este crescută prin adăugarea de cristale sulfat de cupru, reacția este accelerată datorită formării unei perechi galvanice de Cu-Zn.

Hidrogenul pur se formează prin acțiunea alcalii asupra siliciului sau aluminiului atunci când este încălzit:

În industrie, hidrogenul pur se obține prin electroliza apei care conține electroliți (Na 2 SO 4, Ba (OH) 2).

O cantitate mare de hidrogen se formează ca produs secundar în electroliza unei soluții apoase de clorură de sodiu cu o diafragmă care separă spațiul catodic și anodic,

Cea mai mare cantitate de hidrogen se obține prin gazeificare combustibil solid(antracit) cu abur supraîncălzit:

Sau conversie gaz natural(metan) cu abur supraîncălzit:

Amestecul rezultat (gaz de sinteză) este utilizat la producerea multor compusi organici... Randamentul de hidrogen poate fi crescut prin trecerea gazului de sinteză peste catalizator, prin care CO este transformat în CO2.

Aplicație. O cantitate mare de hidrogen este consumată în sinteza amoniacului. Pentru producerea de acid clorhidric și acid clorhidric, pentru hidrogenarea grăsimilor vegetale, pentru reducerea metalelor (Mo, W, Fe) din oxizi. Flacăra hidrogen-oxigen este folosită pentru sudarea, tăierea și topirea metalelor.

Hidrogenul lichid este folosit ca propulsor. Combustibilul cu hidrogen este prietenos cu mediulși consumă mai multă energie decât benzina, așa că în viitor poate înlocui produsele petroliere. Câteva sute de mașini funcționează deja pe hidrogen în lume. Problemele energiei hidrogenului sunt asociate cu stocarea și transportul hidrogenului. Stocarea hidrogenului în cisterne subterane în stare lichida sub o presiune de 100 atm. livrare cantitati mari hidrogenul lichid este un pericol grav.

DEFINIȚIE

Hidrogen- primul element al tabelului periodic elemente chimice DI. Mendeleev. Simbol - N.

Masa atomică - 1 amu Molecula de hidrogen este diatomică - Н 2.

Configurația electronică a atomului de hidrogen este 1s 1. Hidrogenul aparține familiei elementelor s. În compușii săi, prezintă stări de oxidare -1, 0, +1. Hidrogenul natural este format din doi izotopi stabili - protium 1 H (99,98%) și deuteriu 2 H (D) (0,015%) - și izotop radioactiv tritiu 3 H (T) (urme, timp de înjumătățire - 12,5 ani).

Proprietățile chimice ale hidrogenului

În condiții normale, hidrogenul molecular prezintă o reactivitate relativ scăzută, care se explică prin rezistența ridicată a legăturilor din moleculă. Când este încălzit, interacționează cu aproape toate substanțele simple formate din elementele principalelor subgrupe (cu excepția gazelor nobile, B, Si, P, Al). În reacțiile chimice, poate acționa atât ca agent reducător (mai des) cât și ca agent oxidant (mai rar).

Exponate de hidrogen proprietățile agentului reducător(Н 2 0 -2е → 2Н +) în următoarele reacții:

1. Reacții de interacțiune cu substanțe simple - nemetale. Hidrogenul reacţionează cu halogeni, mai mult, reacția de interacțiune cu fluorul în condiții normale, pe întuneric, cu o explozie, cu clor - sub iluminare (sau iradiere UV) printr-un mecanism în lanț, cu brom și iod numai la încălzire; oxigen(un amestec de oxigen și hidrogen într-un raport de volum de 2: 1 se numește „oxihidrogen gazos”), gri, azotși carbon:

H2 + Hal2 = 2HHal;

2H2 + O2 = 2H2O + Q (t);

H2 + S = H2S (t = 150 - 300°C);

3H2 + N2↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H2 + C ↔ CH4 (t, p, kat).

2. Reacții de interacțiune cu substanțe complexe... Hidrogenul reacţionează cu oxizi ai metalelor cu activitate redusăși este capabil să reducă doar metalele care stau în rândul de activitate din dreapta zincului:

CuO + H2 = Cu + H20 (t);

Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20 (t);

W03 + 3H2 = W + 3H20 (t).

Hidrogenul reacţionează cu oxizi de nemetale:

H2 + CO2 ↔ CO + H20 (t);

2H2 + CO ↔ CH3OH (t = 300C, p = 250 - 300 atm., Kat = ZnO, Cr203).

Hidrogenul intră în reacții de hidrogenare cu compuși organici din clasa cicloalcanilor, alchenelor, arenelor, aldehidelor și cetonelor etc. Toate aceste reacții se desfășoară sub încălzire, sub presiune, platină sau nichel sunt utilizate ca catalizatori:

CH2 = CH2 + H2↔ CH3-CH3;

C6H6 + 3H2↔ C6H12;

C3H6 + H2↔ C3H8;

CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

CH3-CO-CH3 + H2↔ CH3-CH(OH)-CH3.

Hidrogen ca agent oxidant(Н 2 + 2е → 2Н -) acționează în reacții de interacțiune cu metale alcaline și alcalino-pământoase. În acest caz, se formează hidruri - compuși ionici cristalini în care hidrogenul prezintă o stare de oxidare de -1.

2Na + H2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H2 ↔ CaH2 (t, p).

Proprietățile fizice ale hidrogenului

Hidrogenul este un gaz ușor, incolor, inodor, cu densitate în condiții normale. - 0,09 g/l, de 14,5 ori mai ușor decât aerul, balot t = -252,8C, t pl = - 259,2C. Hidrogenul este slab solubil în apă și solvenți organici, bine solubil în unele metale: nichel, paladiu, platină.

Conform cosmochimiei moderne, hidrogenul este cel mai abundent element din Univers. Principala formă de existență a hidrogenului în spațiul cosmic- atomi individuali. În ceea ce privește abundența pe Pământ, hidrogenul ocupă locul 9 între toate elementele. Cantitatea principală de hidrogen de pe Pământ se află într-o stare legată - în compoziția apei, petrolului, gazelor naturale, cărbunelui etc. Sub forma unei substanțe simple, hidrogenul este rar - în compoziția gazelor vulcanice.

Producția de hidrogen

Există metode de laborator și industriale pentru producerea hidrogenului. Metodele de laborator includ interacțiunea metalelor cu acizi (1), precum și interacțiunea aluminiului cu soluții apoase de alcali (2). Printre metodele industriale de producere a hidrogenului, electroliza joacă un rol important. solutii apoase alcalii și săruri (3) și conversia metanului (4):

Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na +3H2 (2);

2NaCI + 2H20 = H2 + CI2 + 2NaOH (3);

CH4 + H2O ↔ CO + H2 (4).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Când 23,8 g de staniu metalic au reacţionat cu un exces de acid clorhidric, s-a eliberat hidrogen într-o cantitate suficientă pentru a obţine 12,8 g de cupru metalic.Determină starea de oxidare a staniului în compusul rezultat.
Soluţie	Pe baza structurii electronice a atomului de staniu (… 5s 2 5p 2), se poate concluziona că staniul se caracterizează prin două stări de oxidare - +2, +4. Pe baza acesteia, vom compune ecuațiile reacțiilor posibile: Sn + 2HCI = H2 + SnCI2 (1); Sn + 4HCI = 2H2 + SnCI4 (2); CuO + H2 = Cu + H20 (3). Să aflăm cantitatea de substanță de cupru: v (Cu) = m (Cu) / M (Cu) = 12,8 / 64 = 0,2 mol. Conform ecuației 3, cantitatea de substanță hidrogen: v (H2) = v (Cu) = 0,2 mol. Cunoscând masa staniului, aflăm cantitatea sa de substanță: v (Sn) = m (Sn) / M (Sn) = 23,8 / 119 = 0,2 mol. Să comparăm cantitățile de substanță de staniu și hidrogen conform ecuațiilor 1 și 2 și în funcție de starea problemei: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1: 1 (ecuaţia 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1: 2 (ecuația 2); v (Sn): v (H 2) = 0,2: 0,2 = 1: 1 (condiție problematică). Prin urmare, staniul reacționează cu acidul clorhidric conform ecuației 1 și starea de oxidare a staniului este +2.
Răspuns	Starea de oxidare a staniului este +2.

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Gazul eliberat prin acțiunea a 2,0 g de zinc în 18,7 ml de acid clorhidric 14,6% (densitatea soluției 1,07 g/ml) a fost trecut în timpul încălzirii peste 4,0 g de oxid de cupru (II). Care este masa amestecului solid rezultat?
Soluţie	Când zincul acționează asupra acid clorhidric se eliberează hidrogen: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1), care, atunci când este încălzit, reduce oxidul de cupru (II) la cupru (2): CuO + H2 = Cu + H2O. Să aflăm cantitatea de substanțe din prima reacție: m (soluție HCI) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m (HCI) = 20,0. 0,146 = 2,92 g; v (HCI) = 2,92/36,5 = 0,08 mol; v (Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Zincul este insuficient, astfel încât cantitatea de hidrogen eliberată este egală cu: v (H2) = v (Zn) = 0,031 mol. În a doua reacție, hidrogenul este insuficient, deoarece: v (CuO) = 4,0/80 = 0,05 mol. Ca rezultat al reacției, 0,031 mol de CuO se vor transforma în 0,031 mol de Cu, iar pierderea în greutate va fi: m (CuO) - m (Cu) = 0,031 × 80 - 0,031 × 64 = 0,50 g. Masa amestecului solid de CuO cu Cu după trecerea hidrogenului va fi: 4,0-0,5 = 3,5 g.
Răspuns	Masa amestecului solid de CuO și Cu este de 3,5 g.

Hidrogenul în tabelul periodic este pe primul loc, în I și VII grupe pe loc. Simbolul pentru hidrogen este H (Hidrogeniu latin). Este un gaz foarte ușor, incolor și inodor. Există trei izotopi ai hidrogenului: 1H - protiu, 2H - deuteriu și 3H - tritiu (radioactiv). Aerul sau oxigenul în reacție cu hidrogen simplu H₂ este foarte inflamabil și, de asemenea, exploziv. Hidrogenul nu emite produse toxice. Este solubil în etanol și o serie de metale (acest lucru este valabil mai ales pentru subgrupul lateral).

Prevalența hidrogenului pe Pământ

Ca și oxigenul, hidrogenul este esențial. Dar, spre deosebire de oxigen, hidrogenul este aproape complet formă legată cu alte substante. În stare liberă, se găsește doar în atmosferă, dar cantitatea sa acolo este extrem de neglijabilă. Hidrogenul face parte din aproape toți compușii organici și organismele vii. Cel mai adesea apare sub formă de oxid - apă.

Caracteristici fizico-chimice

Hidrogenul este inactiv, iar atunci când este încălzit sau în prezența catalizatorilor, reacționează cu aproape toate elementele chimice simple și complexe.

Reacția hidrogenului cu elemente chimice simple

La temperaturi ridicate, hidrogenul reacţionează cu oxigenul, sulful, clorul şi azotul. vei afla ce experimente cu gaze se pot face acasa.

Experiență de interacțiune a hidrogenului cu oxigenul în condiții de laborator

Să luăm hidrogen pur, care intră prin conducta de evacuare a gazului, și să-i dăm foc. Va arde cu o flacără abia vizibilă. Dacă puneți un tub de hidrogen într-un vas, acesta va continua să ardă și se vor forma picături de apă pe pereți. Oxigenul a reacționat cu hidrogenul:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q

Când hidrogenul arde, se generează multă energie termică. Temperatura combinației de oxigen și hidrogen ajunge la 2000 ° C. Oxigenul a oxidat hidrogenul, deci această reacție se numește reacție de oxidare.

În condiții normale (fără încălzire), reacția este lentă. Și la temperaturi peste 550 ° C, are loc o explozie (se formează așa-numitul gaz detonant). Anterior, hidrogenul era adesea folosit în baloane, dar din cauza formării gazului oxigenat au avut loc multe dezastre. Integritatea mingii a fost ruptă și a avut loc o explozie: hidrogenul a reacționat cu oxigenul. Prin urmare, acum este utilizat heliu, care este încălzit periodic cu o flacără.

Clorul interacționează cu hidrogenul și formează clorură de hidrogen (numai în prezența luminii și a căldurii). Reacția chimică a hidrogenului și a clorului arată astfel:

Н2 + Cl2 = 2HCI

Un fapt interesant: reacția fluorului cu hidrogenul provoacă o explozie chiar și la întuneric și la temperaturi sub 0 ° C.

Interacțiunea azotului cu hidrogenul poate avea loc numai atunci când este încălzit și în prezența unui catalizator. Această reacție produce amoniac. Ecuația reacției:

ЗН₂ + N₂ = 2N₃

Reacția sulfului și hidrogenului are loc cu formarea unui gaz - hidrogen sulfurat. Drept urmare, puteți simți mirosul de ouă putrezite:

Н₂ + S = H2S

În metale, hidrogenul nu numai că se dizolvă, dar poate și reacționa cu ele. Ca rezultat, se formează compuși, care se numesc hidruri. Unele hidruri sunt folosite ca combustibil în rachete. De asemenea, cu ajutorul lor, se obține energie nucleară.

Reacția cu elemente chimice complexe

De exemplu, hidrogen cu oxid de cupru. Luați un tub de hidrogen și treceți-l prin pulberea de oxid de cupru. Întreaga reacție are loc atunci când este încălzită. Pulberea neagră de cupru va deveni roșu maronie (culoare simplă de cupru). Pe zonele neîncălzite ale balonului vor apărea și picături de lichid - acesta se formează.

Reactie chimica:

CuO + H2 = Cu + H2O

După cum puteți vedea, hidrogenul a reacționat cu oxid și a redus cuprul.

Reacții reductive

Dacă o substanță îndepărtează oxidul în timpul reacției, este un agent reducător. Folosind exemplul reacției oxidului de cupru cu, vedem că hidrogenul era un agent reducător. De asemenea, reacționează cu alți oxizi, cum ar fi HgO, MoO₃ și PbO. În orice reacție, dacă unul dintre elemente este un agent de oxidare, celălalt va fi un agent reducător.

Toți compușii cu hidrogen

Compuși de hidrogen cu nemetale- foarte volatilă şi gaze otrăvitoare(de exemplu, hidrogen sulfurat, silan, metan).

Halogenuri de hidrogen- Clorura de hidrogen este folosită cel mai mult. Când este dizolvat, formează acid clorhidric. Această grupă include și: acidul fluorhidric, hidrogen iodură și hidrogen bromură. Toți acești compuși au ca rezultat acizii corespunzători.

Apă oxigenată (formula chimicaН₂О₂) prezintă proprietăți oxidante puternice.

Hidroxizi de hidrogen sau apă H₂O.

Hidruri sunt compuși cu metale.

Hidroxizi- acestea sunt acizi, baze și alți compuși, care includ hidrogenul.

Compusi organici: proteine, grasimi, lipide, hormoni si altele.

Lichid

Hidrogen(lat. Hidrogeniu; notat cu simbolul H) - primul element sistem periodic elemente. Distribuit pe scară largă în natură. Cationul (și nucleul) celui mai abundent izotop de hidrogen, 1 H, este protonul. Proprietățile nucleului 1 H fac posibilă utilizarea pe scară largă a spectroscopiei RMN în analiză. materie organică.

Trei izotopi ai hidrogenului au propriile nume: 1 H - protiu (H), 2 H - deuteriu (D) și 3 H - tritiu (radioactiv) (T).

Substanță simplă hidrogen - H 2 - gaz ușor incolor. Este inflamabil și exploziv atunci când este amestecat cu aer sau oxigen. Non-toxic. Să ne dizolvăm în etanol și o serie de metale: fier, nichel, paladiu, platină.

Poveste

Eliberarea de gaz combustibil în timpul interacțiunii acizilor și metalelor a fost observată în sec. XVI și secolele XVIIîn zorii formării chimiei ca ştiinţă. Mihail Vasilyevich Lomonosov a subliniat, de asemenea, în mod direct separarea sa, dar și-a dat deja seama cu siguranță că nu era flogist. Fizicianul și chimistul englez Henry Cavendish a investigat acest gaz în 1766 și l-a numit „aer combustibil”. Când a fost ars, „aerul combustibil” producea apă, dar aderarea lui Cavendish la teoria flogistului l-a împiedicat să tragă concluziile corecte. Chimistul francez Antoine Lavoisier, împreună cu inginerul J. Meunier, folosind contoare speciale de gaz, în 1783 au sintetizat apa, apoi au analizat-o, descompunând vaporii de apă cu fier fierbinte. Astfel, el a stabilit că „aerul combustibil” face parte din apă și poate fi obținut din aceasta.

originea numelui

Lavoisier a dat hidrogenului numele de hydrogène - „născând apă”. nume rusesc„Hidrogenul” a fost propus de chimistul M.F.

Prevalența

Hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Reprezintă aproximativ 92% din toți atomii (8% sunt atomi de heliu, ponderea tuturor celorlalte elemente luate împreună este mai mică de 0,1%). Astfel, hidrogenul este principalul componentă stele și gazul interstelar. În condițiile temperaturilor stelare (de exemplu, temperatura suprafeței Soarelui este de ~ 6000 ° C), hidrogenul există sub formă de plasmă; în spațiul interstelar, acest element există sub formă de molecule, atomi și ioni individuali și se poate forma. nori moleculari care diferă semnificativ ca mărime, densitate și temperatură.

Scoarța terestră și organismele vii

Fracția de masă a hidrogenului în scoarța terestră este 1% - acesta este al zecelea element cel mai frecvent. Cu toate acestea, rolul său în natură este determinat nu de masă, ci de numărul de atomi, a căror proporție între alte elemente este de 17% (locul al doilea după oxigen, a căror proporție de atomi este de ~ 52%). Prin urmare, valoarea hidrogenului în procese chimice care apar pe Pământ este aproape la fel de mare ca oxigenul. Spre deosebire de oxigen, care există pe Pământ atât în ​​stare legată, cât și în stare liberă, practic tot hidrogenul de pe Pământ este sub formă de compuși; doar o cantitate foarte mică de hidrogen sub formă de substanță simplă este conținută în atmosferă (0,00005% în volum).

Hidrogenul face parte din aproape toate substanțele organice și este prezent în toate celulele vii. În celulele vii, hidrogenul reprezintă aproape 50% din numărul de atomi.

Primirea

Metodele industriale de obținere a substanțelor simple depind de forma în care se găsește elementul corespunzător în natură, adică care pot fi materiile prime pentru producerea acestuia. Deci, se obține oxigenul disponibil în stare liberă fizic- eliberarea din aerul lichid. Aproape tot hidrogenul este sub formă de compuși, prin urmare, pentru a-l obține, îl folosesc metode chimice... În special, pot fi utilizate reacții de descompunere. Una dintre metodele de producere a hidrogenului este reacția de descompunere a apei prin curent electric.

De bază mod industrial producția de hidrogen - reacția metanului cu apa, care face parte din gazul natural. Se efectuează la temperatura ridicata(este ușor să vă asigurați că atunci când metanul este trecut chiar și prin apă clocotită, nu are loc nicio reacție):

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2-165 kJ

În laborator, pentru a obține substanțe simple, nu folosesc neapărat materii prime naturale, ci selectează acele materii prime din care este mai ușor să izolați substanța necesară. De exemplu, într-un laborator, oxigenul nu se obține din aer. Același lucru este valabil și pentru producția de hidrogen. Una dintre metodele de laborator pentru producerea hidrogenului, care este uneori folosită în industrie, este descompunerea apei cu un curent electric.

De obicei, în laborator, hidrogenul este produs prin interacțiunea zincului cu acidul clorhidric.

În industrie

1.Electroliza soluțiilor apoase de săruri:

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + CI2

2. Trecerea vaporilor de apă peste cocs încins la o temperatură de aproximativ 1000 ° C:

H2O + C? H2 + CO

3.Din gaze naturale.

Conversie la abur:

CH4 + H20? CO + 3H 2 (1000 ° C)

Oxidarea catalitică cu oxigen:

2CH4 + O2? 2CO + 4H 2

4. Cracarea și reformarea hidrocarburilor în procesul de rafinare a petrolului.

In laborator

1.Acțiunea acizilor diluați asupra metalelor. Pentru a efectua o astfel de reacție, zincul și acidul clorhidric diluat sunt cel mai adesea utilizate:

Zn + 2HCI → ZnCl2 + H2

2.Interacțiunea calciului cu apa:

Ca + 2H2O → Ca (OH)2 + H2

3.Hidroliza hidrurilor:

NaH + H2O → NaOH + H2

4.Acțiunea alcalinelor asupra zincului sau aluminiului:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.Prin electroliză.În timpul electrolizei soluțiilor apoase de alcalii sau acizi, hidrogenul este dezvoltat la catod, de exemplu:

2H3O + + 2e - → H2 + 2H2O

Proprietăți fizice

Hidrogenul poate exista sub două forme (modificări) - sub formă de orto- și para-hidrogen. Moleculă de ortohidrogen o-H 2 (p.t. -259,10 ° C, bp. -252,56 ° C) spinurile nucleare sunt direcționate în același mod (paralel), p-H2 (p.t. -259,32 °C, bp. -252,89 °C) - opus unul altuia (antiparalel). Amestecul de echilibru o-H2 şi p-H 2 la o temperatură dată se numește hidrogen de echilibru e-H2.

Modificările de hidrogen pot fi separate prin adsorbție pe cărbune activ la temperatura azotului lichid. Cu foarte temperaturi scăzute echilibrul dintre ortohidrogen și parahidrogen este aproape în întregime deplasat către acesta din urmă. La 80 K, raportul formelor este de aproximativ 1: 1. Parahidrogenul desorbit la încălzire este transformat în ortohidrogen până când se formează un echilibru de amestec la temperatura camerei (orto-pereche: 75:25). Fără catalizator, transformarea are loc lent (în condițiile mediului interstelar - cu timpi caracteristici până la cosmologic), ceea ce face posibilă studierea proprietăților modificărilor individuale.

Hidrogenul este cel mai ușor gaz; este de 14,5 ori mai ușor decât aerul. Evident, cu cât masa moleculelor este mai mică, cu atât viteza lor este mai mare la aceeași temperatură. Pe măsură ce sunt cele mai ușoare, moleculele de hidrogen se mișcă mai rapid decât moleculele orice alt gaz și astfel mai rapid poate transfera căldură de la un corp la altul. Rezultă că hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică dintre substante gazoase... Conductivitatea sa termică este de aproximativ șapte ori mai mare decât conductibilitatea termică a aerului.

Molecula de hidrogen este diatomică - Н 2. În condiții normale, este un gaz incolor, inodor și fără gust. Densitate 0,08987 g / l (n.o.), punctul de fierbere -252,76 ° C, căldura specifică ardere 120,9 × 10 6 J / kg, ușor solubil în apă - 18,8 ml / l. Hidrogenul este ușor solubil în multe metale (Ni, Pt, Pd etc.), în special în paladiu (850 volume per 1 volum de Pd). Solubilitatea hidrogenului în metale este asociată cu capacitatea sa de a difuza prin ele; difuzia printr-un aliaj carbonic (ex. otel) este uneori insotita de distrugerea aliajului datorita interactiunii hidrogenului cu carbonul (asa numita decarbonizare). Practic insolubil în argint.

Hidrogen lichid există într-un interval de temperatură foarte îngust de la -252,76 la -259,2 ° C. Este un lichid incolor, foarte ușor (densitate la -253 °C 0,0708 g/cm 3) și fluid (vâscozitate la -253 °C 13,8 cpoise). Parametrii critici ai hidrogenului sunt foarte scăzuti: temperatura este de -240,2 ° C și presiunea este de 12,8 atm. Aceasta explică dificultățile în lichefierea hidrogenului. În stare lichidă, hidrogenul de echilibru este format din 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Hidrogen solid, punct de topire -259,2 ° C, densitate 0,0807 g / cm 3 (la -262 ° C) - masă asemănătoare zăpezii, cristale din sistem hexagonal, grup spațial P6 / mmc, parametrii celulei A=3,75 c= 6,12. La presiune mare, hidrogenul se transformă într-o stare metalică.

Izotopi

Hidrogenul se găsește în forma de trei izotopi care au denumiri individuale: 1 H - protiu (H), 2 H - deuteriu (D), 3 H - tritiu (radioactiv) (T).

Protiul și deuteriul sunt izotopi stabili cu numere de masă 1 și 2. Conținutul lor în natură este, respectiv, 99,9885 ± 0,0070% și, respectiv, 0,0115 ± 0,0070%. Acest raport poate varia ușor în funcție de sursa și metoda de producere a hidrogenului.

Izotopul hidrogenului 3H (tritiu) este instabil. Timpul său de înjumătățire este de 12,32 ani. Tritiul se găsește în natură în cantități foarte mici.

Literatura conține, de asemenea, date despre izotopii de hidrogen cu numere de masă 4–7 și timpi de înjumătățire de 10–22–10–23 s.

Hidrogenul natural constă din molecule H 2 și HD (deuterură de hidrogen) într-un raport de 3200: 1. Conținutul de hidrogen de deuteriu pur D 2 este și mai mic. Raportul dintre concentrațiile HD și D2 este de aproximativ 6400: 1.

Dintre toți izotopii elementelor chimice, proprietățile fizice și chimice ale izotopilor de hidrogen diferă cel mai mult unul de celălalt. Acest lucru se datorează celei mai mari modificări relative a maselor atomice.

	Temperatura topire, K	Temperatura fierbere, K	Triplu punct, K/kPa	Critic punct, K/kPa	Densitate lichid/gaz, kg/m³

Deuteriul și tritiul au, de asemenea, modificări orto și para: p-D 2, o-D 2, p-T 2, o-T 2. Hidrogenul heteroizotopic (HD, HT, DT) nu are modificări orto și para.

Proprietăți chimice

Fracțiunea moleculelor de hidrogen disociate

Moleculele de hidrogen H 2 sunt destul de puternice și trebuie cheltuită multă energie pentru ca hidrogenul să reacționeze:

H2 = 2H - 432 kJ

Prin urmare, la temperaturi obișnuite, hidrogenul reacționează numai cu metale foarte active, de exemplu cu calciul, formând hidrură de calciu:

Ca + H2 = CaH2

și cu singurul nemetal - fluor, formând fluorură de hidrogen:

Cu majoritatea metalelor și nemetalelor, hidrogenul reacționează la temperaturi ridicate sau sub alte influențe, de exemplu, la iluminare:

О 2 + 2Н 2 = 2Н 2 О

Poate „prelua” oxigen de la unii oxizi, de exemplu:

CuO + H2 = Cu + H2O

Ecuația scrisă reflectă proprietățile reducătoare ale hidrogenului.

N2 + 3H2 → 2NH3

Formează halogenuri de hidrogen cu halogeni:

F 2 + H 2 → 2HF, reacția are loc cu o explozie în întuneric și la orice temperatură,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reacția se desfășoară cu o explozie, numai în lumină.

Reacționează cu funingine la încălzire puternică:

C + 2H2 → CH4

Interacțiune cu metale alcaline și alcalino-pământoase

Când interacționează cu metalele active, hidrogenul formează hidruri:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2

Hidruri- substante sarate, solide, usor hidrolizabile:

CaH2 + 2H2O → Ca (OH)2 + 2H2

Interacțiunea cu oxizii metalici (de obicei elemente d)

Oxizii se reduc la metale:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Hidrogenarea compușilor organici

Hidrogenul molecular este utilizat pe scară largă în sinteza organică pentru reducerea compușilor organici. Aceste procese sunt numite reactii de hidrogenare... Aceste reacții sunt efectuate în prezența unui catalizator la tensiune arterială crescută si temperatura. Catalizatorul poate fi fie omogen (de exemplu, catalizatorul lui Wilkinson), fie heterogen (de exemplu, nichel Raney, paladiu-carbon).

Deci, în special, în timpul hidrogenării catalitice a compușilor nesaturați, cum ar fi alchenele și alchinele, se formează compuși saturați - alcani.

Geochimia hidrogenului

Hidrogenul liber H 2 este relativ rar în gazele terestre, dar sub formă de apă joacă un rol extrem de important în procesele geochimice.

Hidrogenul poate face parte din minerale sub formă de ion de amoniu, ion hidroxil și apă cristalină.

În atmosferă, hidrogenul se formează continuu ca urmare a descompunerii apei radiatie solara... Având o masă mică, moleculele de hidrogen au o viteză mare de mișcare de difuzie (este aproape de a doua viteză cosmică) și, căzând în straturile superioare ale atmosferei, pot zbura în spațiu.

Caracteristicile tratamentului

Când este amestecat cu aer, hidrogenul formează un amestec exploziv - așa-numitul gaz exploziv. Acest gaz este cel mai exploziv atunci când raportul volumetric dintre hidrogen și oxigen este de 2: 1, sau hidrogen și aer este de aproximativ 2: 5, deoarece aerul conține aproximativ 21% oxigen. De asemenea, hidrogenul este periculos de incendiu. Hidrogenul lichid poate provoca degerături severe dacă intră în contact cu pielea.

Concentrațiile explozive de hidrogen cu oxigen cresc de la 4% la 96% în volum. Când este amestecat cu aer de la 4% la 75 (74)% din volum.

Economie

Costul hidrogenului pentru livrările angro la scară largă fluctuează în intervalul de 2-5 USD pe kg.

Aplicație

Hidrogenul atomic este utilizat pentru sudarea cu hidrogen atomic.

Industria chimica

• În producția de amoniac, metanol, săpun și materiale plastice
• În producția de margarină din uleiuri vegetale lichide
• Înregistrat ca aditiv alimentar E949(gaz de ambalare)

Industria alimentară

Industria aviatica

Hidrogenul este foarte ușor și se ridică mereu în aer. Odată dirijabile și baloane umplut cu hidrogen. Dar în anii 30. secolul XX au avut loc mai multe dezastre, în timpul cărora dirijabilele au explodat și au ars. În zilele noastre, dirijabilele sunt pline cu heliu, în ciuda costului său semnificativ mai mare.

Combustibil

Hidrogenul este folosit ca propulsor.

Sunt în desfășurare cercetări privind utilizarea hidrogenului ca combustibil pentru mașini și camioane. Motoarele cu hidrogen nu poluează mediu inconjuratorși emit doar vapori de apă.

Pilele de combustibil cu hidrogen-oxigen folosesc hidrogenul pentru a converti direct energia reactie chimicaîn electric.

„Hidrogen lichid”("LH") este o stare agregată lichidă a hidrogenului, cu o greutate specifică scăzută de 0,07 g/cm³ și proprietăți criogenice cu un punct de îngheț de 14,01 K (−259,14 ° C) și un punct de fierbere de 20,28 K (−252,87 ° C). C). Este un lichid incolor, inodor, care, atunci când este amestecat cu aer, este clasificat ca exploziv cu un interval de inflamabilitate de 4-75%. Raportul de spin al izomerilor din hidrogenul lichid este: 99,79% - parahidrogen; 0,21% - ortohidrogen. Coeficientul de expansiune al hidrogenului la schimbarea stării de agregare în gaz este 848: 1 la 20 ° C.

Ca și în cazul oricărui gaz, lichefierea hidrogenului duce la o scădere a volumului acestuia. După lichefiere, „LH” este depozitat sub presiune în recipiente izolate termic. Hidrogen lichid (rus. Hidrogen lichid, LH2, LH 2) este utilizat în mod activ în industrie, ca formă de stocare a gazelor, și în industria spațială, ca combustibil pentru rachete.

Poveste

Prima utilizare documentată a răcirii artificiale în 1756 a fost efectuată de omul de știință englez William Cullen, Gaspard Monge a fost primul care a obținut starea lichidă a oxidului de sulf în 1784, Michael Faraday a fost primul care a obținut amoniac lichefiat, inventatorul american Oliver Evans a fost primul care a dezvoltat un compresor de refrigerare în 1805, Jacob Perkins a fost primul care a brevetat o mașină de răcire în 1834, iar John Gorey a fost primul brevet american care a brevetat un aparat de aer condiționat în 1851. Werner Siemens a propus conceptul de răcire regenerativă în 1857, Karl Linde a patentat echipamente pentru producerea de aer lichid folosind efectul de expansiune în cascadă Joule-Thomson și răcirea regenerativă în 1876. În 1885, fizicianul și chimistul polonez Sigmund Wrobblewski a publicat o temperatură critică de 33 K pentru hidrogen și o presiune critică de 13,3 atm. și un punct de fierbere la 23 K. Hidrogenul a fost pentru prima dată lichefiat de James Dewar în 1898 folosind refrigerarea regenerativă și invenția sa, vasul Dewar. Prima sinteză a izomerului stabil al hidrogenului lichid - parahidrogenul - a fost realizată de Paul Hartek și Karl Bonhoeffer în 1929.

Izomerii de rotație ai hidrogenului

Hidrogenul la temperatura camerei este format în principal din izomerul de spin, ortohidrogen. După producere, hidrogenul lichid este într-o stare metastabilă și trebuie transformat într-o formă parahidrogenă pentru a evita reacția exotermă explozivă care are loc atunci când se modifică la temperaturi scăzute. Conversia în faza parahidrogenă se realizează de obicei folosind catalizatori precum oxidul de fier, oxidul de crom, Cărbune activ azbest acoperit cu platină, metale din pământuri rare sau prin utilizarea aditivilor de uraniu sau nichel.

Utilizare

Hidrogenul lichid poate fi folosit ca formă de stocare a combustibilului pentru motoare combustie internași pile de combustibil. Diverse submarine (proiectele 212A și 214, Germania) și concepte de transport de hidrogen au fost create folosind această formă agregată de hidrogen (vezi de exemplu „DeepC” sau „BMW H2R”). Datorită apropierii structurilor, creatorii echipamentelor de pe „ZhV” pot folosi sau modifica doar sisteme care utilizează gaz natural lichefiat („GNL”). Cu toate acestea, datorită densității energetice în vrac mai scăzute, arderea necesită un volum mai mare de hidrogen decât gazul natural. Dacă se folosește hidrogen lichid în loc de „GNL” în motoare cu piston, de obicei este necesar un sistem de alimentare mai voluminos. Cu injecția directă, pierderile crescute de admisie reduc umplerea cilindrului.

Hidrogenul lichid este, de asemenea, folosit pentru a răci neutronii în experimentele de împrăștiere a neutronilor. Masele neutronului și ale nucleului de hidrogen sunt practic egale; prin urmare, schimbul de energie într-o coliziune elastică este cel mai eficient.

Avantaje

Avantajul utilizării hidrogenului este „emisia zero” a utilizării acestuia. Produsul interacțiunii sale cu aerul este apa.

Obstacole

Un litru de „ZhV” cântărește doar 0,07 kg. Adică, greutatea sa specifică este de 70,99 g/l la 20 K. Hidrogenul lichid necesită tehnologie de stocare criogenică, cum ar fi containere speciale izolate termic și necesită o manipulare specială, care este tipică pentru toate materialele criogenice. Este aproape în acest sens de oxigenul lichid, dar necesită mai multă precauție din cauza pericolului de incendiu. Chiar și în cazul recipientelor izolate termic, este dificil să-l păstrezi la temperatura scăzută necesară pentru a-l menține lichid (se evaporă de obicei cu o rată de 1% pe zi). Atunci când îl manipulați, trebuie să respectați și măsurile de siguranță obișnuite atunci când lucrați cu hidrogen - este suficient de rece pentru a lichefia aerul, care este exploziv.

Combustibil pentru racheta

Hidrogenul lichid este un ingredient comun combustibili pentru rachete care se foloseşte pentru accelerarea cu jet a vehiculelor de lansare şi nava spatiala... Cele mai lichide motoare rachete hidrogen, este folosit mai întâi pentru răcirea regenerativă a duzei și a altor părți ale motorului, înainte de a fi amestecat cu un oxidant și ars pentru a obține forță. Motoarele moderne H 2 / O 2 uzate consumă un amestec de combustibil re-îmbogățit, care are ca rezultat niște hidrogen nears în evacuare. Pe lângă creșterea impulsului specific al motorului prin reducerea greutății moleculare, reduce și mai mult eroziunea duzei și a camerei de ardere.

Astfel de obstacole în calea utilizării „LH” în alte domenii, cum ar fi natura criogenă și densitatea scăzută, sunt, de asemenea, un factor limitativ pentru utilizare în acest caz. Pentru 2009, există un singur vehicul de lansare (LV "Delta-4"), care este în întregime o rachetă cu hidrogen. Practic, „ZhV” este folosit fie pe trepte superioare rachete, sau pe blocuri, care efectuează o parte semnificativă a muncii la ieșirea sarcinii utile în spațiu în vid. Ca una dintre măsurile de creștere a densității acestui tip de combustibil, există propuneri de utilizare a hidrogenului slushy, adică forma semi-înghețată de „ZhV”.

§3. Ecuația reacției și cum să o compun

Interacţiune hidrogen Cu oxigen așa cum a fost stabilit de Sir Henry Cavendish, duce la formarea apei. Să mergem mai departe exemplu simplu invata sa compuna ecuații ale reacțiilor chimice.
Din ce iese hidrogenși oxigen, știm deja:

H2 + O2 → H2O

Acum să ținem cont de faptul că atomii elementelor chimice din reacțiile chimice nu dispar și nu apar din nimic, nu se transformă unul în altul, ci conectați în combinații noi formând noi molecule. Aceasta înseamnă că în ecuația reacției chimice a atomilor de fiecare tip ar trebui să existe acelasi numar inainte de reactii ( stânga din semnul egal) şi după sfarsitul reactiei ( pe dreapta de la semnul egal), astfel:

2H2 + O2 = 2H2O

Asta e ecuația reacției - notarea condiționată a reacției chimice în curs folosind formule de substanțe și coeficienți.

Aceasta înseamnă că în reacția dată doi rugându-se hidrogen ar trebui să reacţioneze cu unul se roagă oxigen, iar rezultatul va fi doi rugându-se apă.

Interacţiune hidrogen Cu oxigen nu este deloc un proces ușor. Aceasta duce la o schimbare a stărilor de oxidare ale acestor elemente. Pentru a selecta coeficienții în astfel de ecuații, utilizați de obicei metoda " balanță electronică".

Când apa se formează din hidrogen și oxigen, aceasta înseamnă că hidrogenşi-a schimbat starea de oxidare din 0 inainte de + eu, A oxigen- de la 0 inainte de −II... În acest caz, mai multe (n) electroni:

Hidrogenul donător de electroni servește aici agent de reducereși electroni care acceptă oxigen - agent oxidant.

Agenți oxidanți și reducători

Să vedem acum cum arată separat procesele de a da și de a primi electroni. Hidrogen, după ce s-a întâlnit cu „tâlharul” -oxigenul, își pierde toată proprietatea - doi electroni, iar starea sa de oxidare devine egală + eu:

H20-2 e- = 2H + I

S-a întâmplat ecuația semireacției de oxidare hidrogen.

Iar banditul... oxigen Cam 2 după ce a luat ultimii electroni din nefericitul hidrogen, este foarte mulțumit de noua sa stare de oxidare -II:

O2 + 4 e- = 2O −II

Acest ecuația semireacției de recuperare oxigen.

Rămâne de adăugat că atât „banditul” cât și „victima” sa și-au pierdut identitatea chimică din substanțe simple - gaze cu molecule diatomice. H 2și Cam 2 a devenit parte a noului chimic - apă H2O.

Mai departe, vom argumenta după cum urmează: câți electroni i-a dat reductorul banditului-oxidant, a primit atât de mult. Numărul de electroni donați de agentul reducător trebuie să fie egal cu numărul de electroni donați de agentul de oxidare.

Deci este necesar egalizează numărul de electroniîn prima și a doua jumătate de reacție. În chimie, se adoptă următoarea formă condiționată de scriere a ecuațiilor semireacțiilor:

	2H20-2 e- = 2H + I
	1 O 2 0 + 4 e- = 2O −II

Iată numerele 2 și 1 din stânga bretele ondulate sunt factori care vor ajuta la asigurarea faptului că numărul de electroni dați și primiți este egal. Să ținem cont că în ecuațiile semireacțiilor se dau 2 electroni și se acceptă 4. Pentru a egaliza numărul de electroni primiți și dați, se găsesc cel mai mic multiplu comun și factori suplimentari. În cazul nostru, cel mai mic multiplu comun este 4. Factorii suplimentari vor fi 2 pentru hidrogen (4: 2 = 2) și pentru oxigen - 1 (4: 4 = 1)
Factorii rezultați vor servi drept coeficienți ai ecuației de reacție viitoare:

2H 2 0 + O 2 0 = 2H 2 + I O −II

Hidrogen oxidează nu numai la întâlnirea cu oxigen... Cam același efect asupra hidrogenului și fluor F 2, halogen și faimos „tâlhar”, și aparent inofensiv azot N 2:

H 2 0 + F 2 0 = 2H + I F −I

3H 2 0 + N 2 0 = 2N −III H 3 + I

Astfel se dovedește fluorură de hidrogen HF sau amoniac NH3.

În ambii compuși, starea de oxidare este hidrogen devine egal + eu, deoarece partenerii într-o moleculă devine „lacom” de bunul electronic al altcuiva, cu electronegativitate ridicată - fluor Fși azot N... Avea azot valoarea electronegativității este considerată egală cu trei unități arbitrare, iar în fluorîn general, cea mai mare electronegativitate dintre toate elementele chimice este de patru unități. Deci nu este de mirare pentru ei să-l lase pe bietul, un atom de hidrogen, fără niciun mediu electronic.

Dar hidrogen poate restabili- să accepte electroni. Acest lucru se întâmplă dacă metalele alcaline sau calciul, care au o electronegativitate mai mică decât hidrogenul, vor participa la reacția cu acesta.