Vety- jaksollisen järjestelmän ensimmäinen kemiallinen alkuaine kemiallisia alkuaineita DI. Mendelejev. Kemiallinen alkuaine vety sijaitsee jaksollisen järjestelmän ensimmäisessä ryhmässä, pääalaryhmässä, ensimmäisessä jaksossa.

Suhteellinen atomimassa vety = 1.

Vety on atomin yksinkertaisin rakenne, se koostuu yhdestä elektronista, joka sijaitsee ydinavaruudessa. Vetyatomin ydin koostuu yhdestä protonista.

Vetyatomi voi kemiallisissa reaktioissa sekä luovuttaa että lisätä elektronin muodostaen kahdenlaisia ​​ioneja:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Sen osuus kaikista atomeista on noin 88,6 % (noin 11,3 % on heliumatomeja, kaikkien muiden alkuaineiden osuus yhteensä on noin 0,1 %). Siten vety on tärkein komponentti tähdet ja tähtienvälinen kaasu. Tähtienvälisessä avaruudessa tämä elementti esiintyy yksittäisten molekyylien, atomien ja ionien muodossa ja voi muodostaa molekyylipilviä, joiden koko, tiheys ja lämpötila vaihtelevat merkittävästi.

Vedyn massaosuus maankuoressa on 1 %. Se on yhdeksänneksi yleisin elementti. Vedyn merkitys maan päällä tapahtuvissa kemiallisissa prosesseissa on lähes yhtä suuri kuin hapen merkitys. Toisin kuin happi, jota on maapallolla sekä sitoutuneessa että vapaassa tilassa, lähes kaikki vety maan päällä on yhdisteiden muodossa; ilmakehässä on vain hyvin pieni määrä vetyä yksinkertaisen aineen muodossa (0,00005 tilavuusprosenttia kuivalle ilmalle).

Vetyä on lähes kaikissa eloperäinen aine ja sitä esiintyy kaikissa elävissä soluissa.

Vedyn fysikaaliset ominaisuudet

Yksinkertaisella aineella, jonka muodostaa kemiallinen alkuaine vety, on molekyylirakenne. Sen koostumus vastaa kaavaa H2. Kuten kemiallinen alkuaine, yksinkertaista ainetta kutsutaan myös vedyksi.

Vety Se on väritön kaasu, hajuton ja mauton, käytännöllisesti katsoen veteen liukenematon. Huoneenlämmössä ja normaalisti ilmakehän paine liukoisuus on 18,8 ml kaasua 1 litrassa vettä.

Vety- kevyin kaasu, sen tiheys on 0,08987 g / l. Vertailun vuoksi: ilman tiheys on 1,3 g/l.

Vety voi liueta metalleihin esimerkiksi jopa 850 tilavuutta vetyä voi liueta yhteen tilavuuteen palladiumia. Äärimmäisen pienen molekyylikoon ansiosta vety pystyy diffundoitumaan monien materiaalien läpi.

Kuten muutkin kaasut, vety matalat lämpötilat tiivistyy värittömäksi kirkas neste, tämä tapahtuu lämpötilassa 252,8 °C. Kun lämpötila saavuttaa -259,2 °C, vety kiteytyy valkoisina kiteinä, kuten lumi.

Toisin kuin happi, vedyllä ei ole allotropiaa.

Vedyn käyttö

Vetyä käytetään mm eri toimialoilla ala. Paljon vetyä menee ammoniakin tuotantoon (NH3). Ammoniakkista saadaan typpilannoitteita, synteettisiä kuituja ja muoveja sekä lääkkeitä.

Elintarviketeollisuudessa vetyä käytetään kovia rasvoja sisältävän margariinin valmistuksessa. Niiden saamiseksi nestemäisistä rasvoista vetyä johdetaan niiden läpi.

Kun vety palaa hapessa, liekin lämpötila on n 2500 °C. Tässä lämpötilassa tulenkestäviä metalleja voidaan sulattaa ja hitsata. Siten vetyä käytetään hitsauksessa.

Rakettipolttoaineena käytetään nestemäisen vedyn ja hapen seosta.

Tällä hetkellä useat maat ovat aloittaneet tutkimuksen uusiutumattomien energialähteiden (öljy, kaasu, hiili) korvaamisesta vedyllä. Kun vetyä poltetaan hapessa, muodostuu ympäristöystävällinen tuote - vesi, eikä hiilidioksidi aiheuttaa kasvihuoneilmiön.

Tutkijat ehdottavat, että XXI-luvun puolivälissä pitäisi aloittaa massatuotanto vetyautot. Kotitalouksien polttokennot, joiden työ perustuu myös vedyn hapetukseen hapella, löytävät laajan sovelluksen.

1800-luvun lopussa ja 1900-luvun alussa ilmailun aikakauden kynnyksellä, täynnä vetyä Ilmapallot, ilmalaivoja ja ilmapalloja, koska se on paljon ilmaa kevyempää. Ilmalaivojen aikakausi alkoi kuitenkin hiipua nopeasti menneisyyteen ilmalaivalle tapahtuneen katastrofin jälkeen Hindenburg. 6. toukokuuta 1937 ilmalaiva, vedyllä täytettynä, syttyi tuleen, mikä johti kymmenien matkustajien kuolemaan.

Vety on tietyissä suhteissa erittäin räjähtävää hapen kanssa. Turvallisuusmääräysten noudattamatta jättäminen johti ilmalaivan syttymiseen ja räjähtämiseen.

• Vety- kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäinen kemiallinen alkuaine D.I. Mendelejev
• Vety sijaitsee jaksollisen järjestelmän ryhmässä I, pääalaryhmässä, jaksossa 1
• Vedyn valenssi yhdisteissä - I
• Vety Väritön kaasu, hajuton ja mauton, käytännössä liukenematon veteen
• Vety- kevyin kaasu
• Nestemäistä ja kiinteää vetyä syntyy alhaisissa lämpötiloissa
• Vety voi liueta metalleihin
• Vetysovelluksia on monenlaisia

Vety - erityinen elementti, miehittää kaksi solua kerralla Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä. Se sijaitsee kahdessa elementtiryhmässä, joilla on vastakkaiset ominaisuudet, ja tämä ominaisuus tekee siitä ainutlaatuisen. Vety on yksinkertainen aine ja olennainen osa monia monimutkaisia ​​yhdisteitä; se on organogeeninen ja biogeeninen alkuaine. Sen tärkeimpiin ominaisuuksiin ja ominaisuuksiin kannattaa tutustua yksityiskohtaisesti.

Vety Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä

Vedyn tärkeimmät ominaisuudet on esitetty seuraavassa:

• elementin sarjanumero on 1 (protoneja ja elektroneja on sama määrä);
• atomimassa on 1,00795;
• vedyllä on kolme isotooppia, joista jokaisella on erityisiä ominaisuuksia;
• johtuen vain yhden elektronin sisällöstä, vety pystyy osoittamaan pelkistävää ja hapettavat ominaisuudet, ja elektronin luovuttamisen jälkeen vedyllä on vapaa orbitaali, joka osallistuu kemiallisten sidosten muodostukseen luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti;
• vety on kevyt alkuaine, jolla on pieni tiheys;
• vety on vahva pelkistävä aine, se avaa alkalimetalliryhmän pääalaryhmän ensimmäisessä ryhmässä;
• kun vety reagoi metallien ja muiden voimakkaiden pelkistysaineiden kanssa, se hyväksyy niiden elektronin ja muuttuu hapettavaksi aineeksi. Tällaisia ​​yhdisteitä kutsutaan hydrideiksi. Ilmoitetun ominaisuuden mukaan vety kuuluu ehdollisesti halogeenien ryhmään (taulukossa se on fluorin yläpuolella suluissa), jonka kanssa sillä on yhtäläisyyksiä.

Vety yksinkertaisena aineena

Vety on kaasu, jonka molekyyli koostuu kahdesta. Tämän aineen löysi vuonna 1766 brittiläinen tiedemies Henry Cavendish. Hän osoitti, että vety on kaasu, joka räjähtää vuorovaikutuksessa hapen kanssa. Tutkittuaan vetyä kemistit havaitsivat, että tämä aine on kevyin kaikista ihmisille tunnetuista aineista.

Toinen tiedemies, Lavoisier, antoi elementille nimen "hydrogenium", joka latinaksi tarkoittaa "veden synnyttämistä". Vuonna 1781 Henry Cavendish osoitti, että vesi on hapen ja vedyn yhdistelmä. Toisin sanoen vesi on vedyn ja hapen reaktion tuote. Vedyn palavat ominaisuudet tunsivat jopa muinaiset tiedemiehet: vastaavat tiedot jättivät 1500-luvulla asunut Paracelsus.

Molekyylivety on luonnossa yleinen luonnossa esiintyvä kaasumainen yhdiste, joka koostuu kahdesta atomista ja kun palava sirpale nostetaan esiin. Vetymolekyyli voi hajota atomeiksi, jotka muuttuvat heliumytimiksi, koska ne voivat osallistua ydinreaktioihin. Tällaisia ​​prosesseja tapahtuu säännöllisesti avaruudessa ja auringossa.

Vety ja sen fysikaaliset ominaisuudet

Vetyllä on seuraavat fysikaaliset parametrit:

• kiehuu -252,76 °C:ssa;
• sulaa -259,14 °C:ssa; *ilmoitetuissa lämpötilarajoissa vety on hajuton, väritön neste;
• vety liukenee heikosti veteen;
• vety voi teoriassa mennä metalliseen tilaan, kun sitä tarjotaan erityisolosuhteet(alhaiset lämpötilat ja korkea paine);
• puhdas vety on räjähtävä ja palava aine;
• vety pystyy diffundoitumaan metallien paksuuden läpi, joten se liukenee hyvin niihin;
• vety on 14,5 kertaa ilmaa kevyempi;
• klo korkeapaine voidaan saada lumimaisia ​​kiinteän vedyn kiteitä.

Vedyn kemialliset ominaisuudet

Laboratoriomenetelmät:

• laimennettujen happojen vuorovaikutus aktiivisten metallien ja keskiaktiivisten metallien kanssa;
• metallihydridien hydrolyysi;
• alkali- ja maa-alkalimetallien reaktio veden kanssa.

Vetyyhdisteet:

Vetyhalogenidit; ei-metallien haihtuvat vetyyhdisteet; hydridit; hydroksidit; vetyhydroksidi (vesi); vetyperoksidi; orgaaniset yhdisteet (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit, vitamiinit, lipidit, eteeriset öljyt, hormonit). Napsauta nähdäksesi turvallisia kokeita proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien ominaisuuksien tutkimuksesta.

Tuloksena olevan vedyn keräämiseksi sinun on pidettävä koeputki ylösalaisin. Vetyä ei voida kerätä kuten hiilidioksidia, koska se on paljon ilmaa kevyempää. Vety haihtuu nopeasti ja räjähtää ilman kanssa sekoittuneena (tai suuressa pitoisuudessa). Siksi putki on käännettävä ylösalaisin. Välittömästi täytön jälkeen putki suljetaan kumitulpalla.

Vedyn puhtauden tarkistamiseksi sinun on tuotava sytytetty tulitikku koeputken kaulaan. Jos kuuro ja hiljainen poksahdus tapahtuu, kaasu on puhdasta ja ilman epäpuhtaudet ovat minimaaliset. Jos poksahdus on kovaa ja viheltävää, koeputkessa oleva kaasu on likainen, se sisältää suuri osuus vieraita komponentteja.

Huomio! Älä yritä toistaa näitä kokeita itse!

Nestemäinen

Vety(lat. Vety; merkitty symbolilla H) on jaksollisen elementtijärjestelmän ensimmäinen elementti. Luonnossa laajalti levinnyt. Vedyn yleisimmän isotoopin 1 H kationi (ja ydin) on protoni. 1H-ytimen ominaisuudet mahdollistavat NMR-spektroskopian laajan käytön orgaanisten aineiden analysoinnissa.

Kolmella vedyn isotoopilla on omat nimensä: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) ja 3 H - tritium (radioaktiivinen) (T).

Yksinkertainen aine vety - H 2 - on vaalea väritön kaasu. Seoksena ilman tai hapen kanssa se on palavaa ja räjähtävää. Myrkytön. Liukenee etanoliin ja useisiin metalleihin: rauta, nikkeli, palladium, platina.

Tarina

Palavan kaasun vapautumista happojen ja metallien vuorovaikutuksessa havaittiin 16. ja XVII vuosisata kemian tieteenä muodostumisen kynnyksellä. Mihail Vasilyevich Lomonosov viittasi myös suoraan sen eristyneisyyteen, mutta ymmärsi jo varmasti, että tämä ei ollut flogiston. Englantilainen fyysikko ja kemisti Henry Cavendish tutki tätä kaasua vuonna 1766 ja kutsui sitä "palavaksi ilmaksi". Poltettaessa "palava ilma" tuotti vettä, mutta Cavendishin sitoutuminen flogistonin teoriaan esti häntä tekemästä oikeita johtopäätöksiä. Ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier suoritti vuonna 1783 yhdessä insinööri J. Meunierin kanssa erityisillä kaasumittareilla veden synteesin ja sitten sen analyysin hajottaen vesihöyryä kuumalla raudalla. Siten hän totesi, että "palava ilma" on osa vettä ja voidaan saada siitä.

nimen alkuperä

Lavoisier antoi vedylle nimen hydrogene, mikä tarkoittaa "vettä kantavaa". Venäläistä nimeä "vety" ehdotti kemisti M.F. Solovjov vuonna 1824 - analogisesti Slomonosovin "hapen" kanssa.

Yleisyys

Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Sen osuus kaikista atomeista on noin 92 % (8 % on heliumatomeja, kaikkien muiden alkuaineiden osuus yhteensä on alle 0,1 %). Siten vety on tähtien ja tähtienvälisen kaasun pääkomponentti. Tähtien lämpötiloissa (esimerkiksi Auringon pintalämpötila on ~ 6000 °C) vetyä esiintyy plasman muodossa; tähtienvälisessä avaruudessa tämä alkuaine esiintyy yksittäisten molekyylien, atomien ja ionien muodossa ja voi muodostaa molekyylipilviä, jotka eroavat merkittävästi kooltaan, tiheydeltä ja lämpötilalta.

Maankuori ja elävät organismit

Vedyn massaosuus maankuoressa on 1 % - tämä on kymmenenneksi yleisin alkuaine. Sen roolia luonnossa ei kuitenkaan määrää massa, vaan atomien lukumäärä, jonka osuus muista alkuaineista on 17% (toinen sija hapen jälkeen, jonka atomien osuus on ~ 52%). Siksi vedyn merkitys maan päällä tapahtuvissa kemiallisissa prosesseissa on lähes yhtä suuri kuin hapen merkitys. Toisin kuin happi, jota on maapallolla sekä sitoutuneessa että vapaassa tilassa, lähes kaikki vety maan päällä on yhdisteiden muodossa; vain hyvin pieni määrä vetyä yksinkertaisen aineen muodossa löytyy ilmakehästä (0,00005 tilavuusprosenttia).

Vety on lähes kaikkien orgaanisten aineiden ainesosa ja sitä on kaikissa elävissä soluissa. Elävissä soluissa atomien lukumäärän mukaan vedyn osuus on lähes 50%.

Kuitti

Teolliset hankintamenetelmät yksinkertaiset aineet riippuu siitä, missä muodossa vastaava alkuaine on luonnossa, eli mikä voi olla sen valmistuksen raaka-aine. Joten saadaan happea, joka on saatavilla vapaassa tilassa fyysisellä tavalla- vapautuminen nestemäisestä ilmasta. Vety puolestaan ​​​​on melkein kaikki yhdisteiden muodossa, joten sen saamiseksi kemiallisia menetelmiä. Erityisesti voidaan käyttää hajoamisreaktioita. Yksi tapa tuottaa vetyä on reaktio veden hajoamisessa sähkövirran vaikutuksesta.

Pääasiallinen teollinen menetelmä vedyn tuottamiseksi on metaanin reaktio veden kanssa, joka on osa maakaasua. Se suoritetaan klo korkea lämpötila(on helppo varmistaa, että kun metaania johdetaan jopa kiehuvan veden läpi, reaktiota ei tapahdu):

CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Laboratoriossa yksinkertaisten aineiden saamiseksi ei välttämättä käytetä luonnollisia raaka-aineita, vaan valitaan ne lähtöaineet, joista on helpompi eristää tarvittava aine. Esimerkiksi laboratoriossa happea ei saada ilmasta. Sama koskee vedyn tuotantoa. Yksi laboratoriomenetelmiä Vedyn saaminen, jota joskus käytetään teollisuudessa, on veden hajottamista sähkövirralla.

Vetyä tuotetaan yleensä laboratoriossa saattamalla sinkki reagoimaan suolahapon kanssa.

Teollisuudessa

1. Elektrolyysi vesiliuokset suolat:

2NaCl + 2H 2O → H2 + 2NaOH + Cl 2

2. Vesihöyryn ohjaaminen kuuman koksin yli lämpötilassa noin 1000 °C:

H2O+C? H2 + CO

3. Maakaasusta.

Steam muunnos:

CH4 + H20? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalyyttinen hapetus hapella:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Hiilivetyjen krakkaus ja reformointi öljynjalostusprosessissa.

Laboratoriossa

1.Laimennettujen happojen vaikutus metalleihin. Tällaisen reaktion suorittamiseen käytetään useimmiten sinkkiä ja laimeaa suolahappoa:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H2

2.Kalsiumin vuorovaikutus veden kanssa:

Ca + 2H 2O → Ca (OH) 2 + H2

3.Hydridien hydrolyysi:

NaH + H2O → NaOH + H2

4.Alkalien vaikutus sinkkiin tai alumiiniin:

2Al + 2NaOH + 6H20 → 2Na + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.Elektrolyysin avulla. Alkaleiden tai happojen vesiliuosten elektrolyysin aikana katodilla vapautuu vetyä, esimerkiksi:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fyysiset ominaisuudet

Vetyä voi esiintyä kahdessa muodossa (muunneltuna) - orto- ja paravedyssä. Ortovetymolekyylissä o-H 2 (sp. -259,10 °C, kp. -252,56 °C) ydinspinit on suunnattu samalla tavalla (rinnakkaisin), kun taas paravety s-H 2 (sp. -259,32 °C, kp. -252,89 °C) - vastapäätä toisiaan (anti-rinnakkais). Tasapainoinen seos o-H2 ja s-H 2 tietyssä lämpötilassa kutsutaan tasapainoinen vety e-H2.

Vetymodifikaatiot voidaan erottaa adsorptiolla aktiivihiileen nestemäisen typen lämpötilassa. Hyvin alhaisissa lämpötiloissa ortovedyn ja paravedyn välinen tasapaino siirtyy lähes kokonaan jälkimmäistä kohti. 80 K:n kuvasuhde on noin 1:1. Desorboitunut paravety muutetaan ortovedyksi kuumennettaessa tasapainoseoksen muodostumiseen huoneenlämpötilassa (orto-para: 75:25). Ilman katalyyttiä muunnos tapahtuu hitaasti (tähtienvälisen väliaineen olosuhteissa - ominaisajoilla kosmologisiin asti), mikä mahdollistaa yksittäisten muutosten ominaisuuksien tutkimisen.

Vety on kevyin kaasu, 14,5 kertaa ilmaa kevyempi. Ilmeisesti mitä pienempi molekyylien massa on, sitä suurempi on niiden nopeus samassa lämpötilassa. Kevyimpinä vetymolekyylit liikkuvat nopeammin kuin minkä tahansa muun kaasun molekyylit ja voivat siten siirtää lämpöä kehosta toiseen nopeammin. Tästä seuraa, että vedyllä on korkein lämmönjohtavuus kaasumaisista aineista. Sen lämmönjohtavuus on noin seitsemän kertaa korkeampi kuin ilman.

Vetymolekyyli on kaksiatominen - H2. Normaaleissa olosuhteissa se on väritön, hajuton ja mauton kaasu. Tiheys 0,08987 g/l (n.o.), kiehumispiste −252,76 °C, ominaispalolämpö 120,9×10 6 J/kg, niukkaliukoinen veteen — 18,8 ml/l. Vety liukenee hyvin moniin metalleihin (Ni, Pt, Pd jne.), erityisesti palladiumiin (850 tilavuutta per 1 tilavuus Pd). Vedyn liukoisuuteen metalliin liittyy sen kyky diffundoitua niiden läpi; diffuusioon hiilipitoisen seoksen (esimerkiksi teräksen) läpi liittyy joskus seoksen tuhoutuminen vedyn ja hiilen vuorovaikutuksen vuoksi (ns. decarbonization). Käytännössä hopeaan liukenematon.

nestemäinen vety esiintyy hyvin kapealla lämpötila-alueella -252,76 - -259,2 °C. Se on väritön neste, erittäin kevyt (tiheys -253 °C:ssa 0,0708 g / cm 3) ja nestemäinen (viskositeetti -253 °C:ssa 13,8 astetta). Vedyn kriittiset parametrit ovat erittäin alhaiset: lämpötila -240,2 °C ja paine 12,8 atm. Tämä selittää vedyn nesteyttämisen vaikeudet. SISÄÄN nestemäinen tila tasapainovety koostuu 99,79 % para-H2:sta, 0,21 % orto-H2:sta.

Kiinteä vety, sulamispiste –259,2 °C, tiheys 0,0807 g/cm3 (–262 °C:ssa) — lumimainen massa, kuusikulmainen kiteet, avaruusryhmä P6/mmc, soluparametrit a=3,75 c=6.12. Korkeassa paineessa vety muuttuu metalliksi.

isotoopit

Vetyä löytyy mm kolme isotoopit, joilla on yksilölliset nimet: 1H - protium (H), 2H - deuterium (D), 3H - tritium (radioaktiivinen) (T).

Protium ja deuterium ovat stabiileja isotooppeja, joiden massaluvut ovat 1 ja 2. Niiden pitoisuus luonnossa on 99,9885 ± 0,0070 % ja 0,0115 ± 0,0070 %. Tämä suhde voi vaihdella hieman vedyn lähteen ja tuotantotavan mukaan.

Vedyn isotooppi 3H (tritium) on epästabiili. Sen puoliintumisaika on 12,32 vuotta. Tritiumia esiintyy luonnossa hyvin pieniä määriä.

Kirjallisuudessa on tietoa myös vedyn isotoopeista, joiden massaluvut ovat 4–7 ja puoliintumisajat 10–22–10–23 s.

Luonnollinen vety koostuu H2- ja HD-molekyyleistä (deuterovety) suhteessa 3200:1. Puhtaan deuteriumvedyn D 2 pitoisuus on vielä pienempi. HD:n ja D2:n pitoisuussuhde on noin 6400:1.

Kaikista kemiallisten alkuaineiden isotoopeista fysikaaliset ja Kemialliset ominaisuudet vety-isotoopit eroavat toisistaan ​​voimakkaimmin. Tämä johtuu atomimassan suurimmasta suhteellisesta muutoksesta.

	Lämpötila sulaa, K	Lämpötila kiehuva, K	Kolminkertaistaa piste, K/kPa	kriittinen piste, K/kPa	Tiheys neste/kaasu, kg/m³

Deuteriumilla ja tritiumilla on myös orto- ja para-muunnoksia: s-D2, o-D2, s-T2, o-T 2. Heteroisotooppisessa vedyssä (HD, HT, DT) ei ole orto- ja para-modifikaatioita.

Kemialliset ominaisuudet

Dissosioituneiden vetymolekyylien fraktio

Vetymolekyylit H 2 ovat melko vahvoja, ja jotta vety voisi reagoida, on käytettävä paljon energiaa:

H2 \u003d 2H - 432 kJ

Siksi vety reagoi tavallisissa lämpötiloissa vain erittäin aktiivisten metallien, kuten kalsiumin, kanssa muodostaen kalsiumhydridiä:

Ca + H2 \u003d CaH 2

ja ainoalla ei-metallilla - fluorilla, joka muodostaa fluorivetyä:

Vety reagoi useimpien metallien ja ei-metallien kanssa korkeissa lämpötiloissa tai muiden vaikutusten, kuten valaistuksen, vaikutuksesta:

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

Se voi "ottaa pois" happea joistakin oksideista, esimerkiksi:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O

Kirjattu yhtälö heijastaa vedyn pelkistäviä ominaisuuksia.

N2 + 3H2 → 2NH3

Muodostaa halogeenivetyjä halogeenien kanssa:

F 2 + H 2 → 2HF, reaktio etenee räjähdyksellä pimeässä ja missä tahansa lämpötilassa,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reaktio etenee räjähdyksellä, vain valossa.

Se on vuorovaikutuksessa noen kanssa voimakkaassa kuumennuksessa:

C+2H2 → CH4

Vuorovaikutus alkali- ja maa-alkalimetallien kanssa

Vuorovaikutuksessa aktiivisten metallien kanssa vety muodostaa hydridejä:

2Na + H2 -> 2NaH

Ca + H2 → CaH2

Mg + H2 → MgH2

hydridit- suolaliuos, kiinteät aineet, helposti hydrolysoituva:

CaH2 + 2H20 → Ca(OH)2 + 2H2

Vuorovaikutus metallioksidien (yleensä d-elementtien) kanssa

Oksidit pelkistyvät metalleiksi:

CuO + H2 → Cu + H2O

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

WO3 + 3H2 → W + 3H20

Orgaanisten yhdisteiden hydraus

Molekyylivetyä käytetään laajalti orgaaninen synteesi elpyminen orgaaniset yhdisteet. Näitä prosesseja kutsutaan hydrausreaktiot. Nämä reaktiot suoritetaan katalyytin läsnä ollessa klo kohonnut paine ja lämpötila. Katalyytti voi olla joko homogeeninen (esim. Wilkinson-katalyytti) tai heterogeeninen (esim. Raney-nikkeli, palladium hiilellä).

Näin ollen erityisesti tyydyttymättömien yhdisteiden, kuten alkeenien ja alkyynien, katalyyttisen hydrauksen aikana muodostuu tyydyttyneitä yhdisteitä, alkaaneita.

Vedyn geokemia

Vapaa vety H 2 on suhteellisen harvinainen maanpäällisissä kaasuissa, mutta veden muodossa sillä on poikkeuksellisen tärkeä osa geokemiallisissa prosesseissa.

Vetyä voi esiintyä mineraaleissa ammoniumionien, hydroksyyli-ionin ja kiteisen veden muodossa.

Ilmakehässä syntyy jatkuvasti vetyä auringon säteilyn aiheuttaman veden hajoamisen seurauksena. Vetymolekyylillä on pieni massa, ja niillä on suuri diffuusioliikenopeus (se on lähellä toista kosmista nopeutta) ja joutuessaan ilmakehän ylempiin kerroksiin voivat lentää pois avaruuteen.

Liikkeen ominaisuudet

Vety, kun se sekoitetaan ilman kanssa, muodostaa räjähtävän seoksen - niin sanotun räjähtävän kaasun. Tämä kaasu on räjähdysherkin, kun vedyn ja hapen tilavuussuhde on 2:1 tai vedyn ja ilman tilavuussuhde on noin 2:5, koska ilma sisältää noin 21 % happea. Vety on myös palovaara. Nestemäinen vety voi aiheuttaa vakavia paleltumia, jos se joutuu kosketuksiin ihon kanssa.

Räjähtäviä vetypitoisuuksia hapen kanssa esiintyy 4-96 tilavuusprosenttia. Ilman kanssa sekoitettuna 4 - 75 (74) tilavuusprosenttia.

Talous

Vedyn hinta suurissa tukkutoimituksissa on 2-5 dollaria kilolta.

Sovellus

Atomivetyä käytetään atomivetyhitsaukseen.

Kemianteollisuus

• Ammoniakin, metanolin, saippuan ja muovin tuotannossa
• Margariinin valmistuksessa nestemäisistä kasviöljyistä
• Rekisteröity nimellä elintarvikelisäaine E949(pakkauskaasu)

Ruokateollisuus

Ilmailuteollisuus

Vety on erittäin kevyttä ja nousee aina ilmaan. Olipa kerran ilmalaivat ja ilmapallot täytetty vedyllä. Mutta 30-luvulla. 20. vuosisata tapahtui useita katastrofeja, joiden aikana ilmalaivat räjähtivät ja paloivat. Nykyään ilmalaivat ovat täynnä heliumia, vaikka sen kustannukset ovat huomattavasti korkeammat.

Polttoaine

Rakettipolttoaineena käytetään vetyä.

Vedyn käyttöä autojen ja kuorma-autojen polttoaineena tutkitaan parhaillaan. Vetymoottorit eivät saastuta ympäristöön ja päästää vain vesihöyryä.

Vety-happipolttokennot käyttävät vetyä suoraan energian muuntamiseen kemiallinen reaktio sähköön.

"Nestemäinen vety"("LW") on vedyn nestemäinen aggregaatiotila, jonka ominaispaino on alhainen 0,07 g/cm³ ja jonka kryogeeniset ominaisuudet jäätymispiste on 14,01 K (-259,14 °C) ja kiehumispiste 20,28 K (-252,87 °C). Se on väritön, hajuton neste, joka ilman kanssa sekoitettuna luokitellaan räjähdysherkäksi ja jonka syttyvyysalue on 4-75 %. Isomeerien pyörimissuhde nestemäisessä vedyssä on: 99,79 % - paravety; 0,21 % - ortovetyä. Vedyn laajenemiskerroin vaihdon yhteydessä aggregaation tila kaasumainen on 848:1 20 °C:ssa.

Kuten minkä tahansa muun kaasun kanssa, vedyn nesteyttäminen vähentää sen tilavuutta. Nesteyttämisen jälkeen "ZHV" varastoidaan lämpöeristetyissä säiliöissä paineen alaisena. Nestemäinen vety nestemäinen vety, LH2, LH 2) käytetään laajalti teollisuudessa eräänä kaasun varastoinnin muotona ja avaruusteollisuudessa rakettipolttoaineena.

Tarina

Ensimmäinen dokumentoitu keinotekoisen jäähdytyksen käyttö vuonna 1756 oli englantilaisen tiedemiehen William Cullenin toimesta, Gaspard Monge sai ensimmäisenä rikkioksidin nestemäisen tilan vuonna 1784, Michael Faraday sai ensimmäisenä nesteytetyn ammoniakin, amerikkalainen keksijä Oliver Evans kehitti ensimmäisenä jäähdytyskompressorin, ja Jacob patentoi ensimmäisenä jäähdytyskoneen3 vuonna 18 a18. Gorey patentoi ensimmäisenä kondit Yhdysvalloissa. Zioner vuonna 1851. Werner Siemens ehdotti regeneratiivisen jäähdytyksen konseptia vuonna 1857, Carl Linde patentoi laitteiston nestemäisen ilman tuottamiseen käyttämällä "Joule-Thomsonin laajennusefektiä" ja regeneratiivista jäähdytystä vuonna 1876. Vuonna 1885 puolalainen fyysikko ja kemisti Zygmund Wroblewski julkaisi kriittinen lämpötila vety 33 K, kriittinen paine 13,3 atm. ja kiehumispiste 23 K:ssa. James Dewar nesteytti vedyn ensimmäisen kerran vuonna 1898 käyttämällä regeneratiivista jäähdytystä ja hänen keksintöään, Dewar-astiaa. Ensimmäisen nestemäisen vedyn stabiilin isomeerin, paravedyn, synteesin suorittivat Paul Harteck ja Karl Bonhoeffer vuonna 1929.

Vedyn pyörivät isomeerit

Vety huoneenlämpötilassa koostuu pääasiassa spin-isomeeristä, ortovedystä. Nestemäinen vety on tuotannon jälkeen metastabiilissa tilassa ja se on muutettava paravetymuotoonsa, jotta vältetään räjähtävä eksoterminen reaktio, joka tapahtuu sen muuttuessa matalissa lämpötiloissa. Muutos paravetyfaasiksi suoritetaan yleensä käyttämällä katalyyttejä, kuten rautaoksidia, kromioksidia, Aktiivihiili platinapinnoitettua asbestia, harvinaisia ​​maametalleja tai käyttämällä uraania tai nikkeliä.

Käyttö

Nestemäistä vetyä voitaisiin käyttää moottoreiden polttoainevarastona sisäinen palaminen Ja polttokennoja. Erilaisia ​​sukellusveneitä (projektit "212A" ja "214", Saksa) ja vedyn kuljetuskonsepteja on luotu käyttämällä tätä vedyn aggregaattimuotoa (katso esimerkiksi "DeepC" tai "BMW H2R"). Suunnitelmien läheisyyden vuoksi "ZHV":n laitteiden luojat voivat käyttää tai vain muokata järjestelmiä, jotka käyttävät nesteytettyä maakaasua ("LNG"). Pienemmästä tilavuusenergiatiheydestä johtuen palaminen vaatii kuitenkin suuremman määrän vetyä kuin maakaasu. Jos mäntämoottoreissa käytetään nestemäistä vetyä "CNG":n sijasta, tarvitaan yleensä isompi polttoainejärjestelmä. Suoraruiskutuksella lisääntyneet häviöt imukanavassa vähentävät sylinterien täyttöä.

Nestemäistä vetyä käytetään myös neutronien jäähdyttämiseen neutronien sirontakokeissa. Neutronin ja vetyytimen massat ovat lähes yhtä suuret, joten energianvaihto elastisen törmäyksen aikana on tehokkainta.

Edut

Vedyn käytön etuna on sen käytön "nollapäästö". Sen vuorovaikutuksen tuote ilman kanssa on vesi.

Esteet

Yksi litra "ZHV" painaa vain 0,07 kg. Toisin sanoen sen ominaispaino on 70,99 g/l 20 K:n lämpötilassa. Nestemäinen vety vaatii kryogeenistä varastointitekniikkaa, kuten erityisiä lämpöeristettyjä säiliöitä, ja vaatii erityiskäsittelyä, joka on yhteistä kaikille kryogeenisille materiaaleille. Se on tässä suhteessa lähellä nestemäistä happea, mutta vaatii enemmän hoitoa palovaaran vuoksi. Jopa eristetyissä säiliöissä on vaikea pitää sitä alhaisessa lämpötilassa, joka tarvitaan sen pitämiseen nesteenä (tyypillisesti se haihtuu nopeudella 1 % päivässä). Sitä käsiteltäessä on myös noudatettava tavanomaisia ​​varotoimenpiteitä vedyn kanssa työskennellessä - se on tarpeeksi kylmää nesteyttääkseen ilmaa, joka on räjähtävää.

Rakettipolttoaine

Nestemäinen vety on rakettipolttoaineiden yleinen komponentti, jota käytetään kantorakettien ja avaruusalusten suihkujen kiihdyttämiseen. Useimmissa nesteissä rakettimoottorit vetykäyttöinen, sitä käytetään ensin jäähdyttämään suuttimen ja muiden moottorin osien regeneratiivisesti ennen kuin se sekoitetaan hapettimeen ja poltetaan työntövoiman tuottamiseksi. Nykyaikaiset H 2 /O 2 -käyttöiset moottorit kuluttavat runsaasti vetypitoista polttoaineseosta, jolloin pakokaasuihin jää palamatonta vetyä. Sen lisäksi, että se lisää moottorin ominaisimpulssia pienentämällä molekyylipainoa, se vähentää myös suuttimen ja polttokammion kulumista.

Tällaiset esteet "ZHV":n käytölle muilla alueilla, kuten kryogeenisyys ja alhainen tiheys, ovat myös pelote käytettäväksi tässä tapauksessa. Vuodelle 2009 on olemassa vain yksi kantoraketti (LV "Delta-4"), joka on kokonaan vetyraketti. Pohjimmiltaan "ZHV:tä" käytetään joko rakettien ylemmissä vaiheissa tai lohkoissa, jotka suorittavat merkittävän osan hyötykuorman laukaisemisesta avaruuteen tyhjiössä. Yhtenä toimenpiteenä tämän tyyppisten polttoaineiden tiheyden lisäämiseksi on ehdotettu lietteen kaltaisen vedyn käyttöä, toisin sanoen puolijäädytettyä "ZHV" -muotoa.

MÄÄRITELMÄ

Vety on jaksollisen järjestelmän ensimmäinen elementti. Nimitys - H latinan sanasta "hydrogenium". Sijaitsee ensimmäisessä jaksossa, ryhmä IA. Viittaa ei-metalleihin. Ydinpanos on 1.

Vety on yksi yleisimmistä kemiallisista alkuaineista - sen osuus on noin 1% maankuoren kaikkien kolmen kuoren (ilmakehän, hydrosfäärin ja litosfäärin) massasta, mikä atomiprosentteiksi muunnettuna antaa luvun 17,0.

Tämän elementin pääasiallinen määrä on sisällä sidottu tila. Siten vesi sisältää noin 11 painoprosenttia. %, savea - noin 1,5 % jne. Hiilen kanssa muodostuneiden yhdisteiden muodossa vety on osa öljyä, palavia maakaasuja ja kaikkia organismeja.

Vety on väritön ja hajuton kaasu (kaavio atomin rakenteesta on esitetty kuvassa 1). Sen sulamis- ja kiehumispisteet ovat erittäin alhaiset (-259 o C ja -253 o C). Lämpötilassa (-240 o C) ja paineen alaisena vety pystyy nesteytymään, ja syntyvän nesteen nopean haihtumisen myötä se muuttuu kiinteäksi (läpinäkyviksi kiteiksi). Se liukenee vähän veteen - 2:100 tilavuuden mukaan. Vedylle on ominaista liukoisuus joihinkin metalleihin, esimerkiksi rautaan.

Riisi. 1. Vetyatomin rakenne.

Vedyn atomi- ja molekyylipaino

MÄÄRITELMÄ

Suhteellinen atomimassa alkuaine on tietyn alkuaineen atomin massan suhde 1/12 hiiliatomin massasta.

Suhteellinen atomimassa on dimensioton ja sitä merkitään A r (alaindeksi "r" on alkukirjain Englanninkielinen sana suhteellinen, joka käännöksessä tarkoittaa "sukulaista"). Atomivedyn suhteellinen atomimassa on 1,008 amu.

Molekyylien massat, kuten atomien massat, ilmaistaan ​​atomimassayksiköinä.

MÄÄRITELMÄ

molekyylipaino ainetta kutsutaan molekyylin massaksi, joka ilmaistaan ​​atomimassayksiköissä. Suhteellinen molekyylipaino aineet kutsuvat tietyn aineen molekyylin massan suhdetta 1/12 hiiliatomin massasta, jonka massa on 12 a.m.u.

Tiedetään, että vetymolekyyli on kaksiatominen -H2. Vetymolekyylin suhteellinen molekyylipaino on yhtä suuri kuin:

Mr (H2) \u003d 1,008 × 2 = 2,016.

Vedyn isotoopit

Vedyllä on kolme isotooppia: protium 1 H, deuterium 2 H tai D ja tritium 3 H tai T. Niiden massaluvut ovat 1, 2 ja 3. Protium ja deuterium ovat stabiileja, tritium radioaktiivista (puoliintumisaika 12,5 vuotta). Luonnollisissa yhdisteissä deuteriumia ja protiumia on keskimäärin suhteessa 1:6800 (atomien lukumäärän mukaan). Tritiumia esiintyy luonnossa mitättömiä määriä.

Vetyatomin 1H ydin sisältää yhden protonin. Deuteriumin ja tritiumin ytimiin kuuluu protonin lisäksi yksi ja kaksi neutronia.

Vety-ionit

Vetyatomi voi joko luovuttaa yksittäisen elektroninsa muodostaakseen positiivisen ionin (joka on "alaston" protoni), tai se voi lisätä yhden elektronin, muuttuen negatiiviseksi ioniksi, jolla on heliumelektronikonfiguraatio.

Elektronin täydellinen irtoaminen vetyatomista vaatii erittäin suuren ionisaatioenergian kulutuksen:

H + 315 kcal = H + + e.

Tämän seurauksena vedyn ja metalloidien vuorovaikutuksessa ei synny ionisia, vaan vain polaarisia sidoksia.

Neutraalin atomin taipumusta kiinnittää ylimääräinen elektroni on ominaista sen elektroniaffiniteetin arvolla. Vedyssä se ilmentyy melko heikosti (tämä ei kuitenkaan tarkoita, etteikö tällaista vety-ionia voisi olla olemassa):

H + e \u003d H - + 19 kcal.

Vetymolekyyli ja atomi

Vetymolekyyli koostuu kahdesta atomista - H2. Tässä on joitain ominaisuuksia, jotka luonnehtivat vetyatomia ja molekyyliä:

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele	Todista, että on yleisen kaavan EN x hydridejä, jotka sisältävät 12,5 % vetyä.
Ratkaisu	Laske vedyn ja tuntemattoman alkuaineen massat ottamalla näytteen massaksi 100 g: m(H) = m(EN x) x w(H); m(H) = 100 x 0,125 = 12,5 g. m (E) \u003d m (EN x) - m (H); m (E) \u003d 100 - 12,5 \u003d 87,5 g. Etsitään vetyaineen ja tuntemattoman alkuaineen määrä, joka merkitsee jälkimmäisen moolimassaa "x" (vedyn moolimassa on 1 g / mol):

Vety (kutsupaperi latinasta: lat. Hydrogenium - hydro = "vesi", gen = "tuottaa"; hydrogenium - "tuottaa vettä"; merkitty symbolilla H) - alkuaineiden jaksollisen taulukon ensimmäinen elementti. Luonnossa laajalti levinnyt. Vedyn yleisimmän isotoopin 1 H kationi (ja ydin) on protoni. 1H-ytimen ominaisuudet mahdollistavat NMR-spektroskopian laajan käytön orgaanisten aineiden analysoinnissa.

Kolmella vedyn isotoopilla on omat nimensä: 1 H - protium (H), 2 H - deuterium (D) ja 3 H - tritium (radioaktiivinen) (T).

Yksinkertainen aine vety - H 2 - on vaalea väritön kaasu. Seoksena ilman tai hapen kanssa se on palavaa ja räjähtävää. Myrkytön. Liuotetaan etanoliin ja useisiin metalleihin: rautaan, nikkeliin, palladiumiin, platinaan.

Tarina

Palavan kaasun vapautuminen happojen ja metallien vuorovaikutuksessa havaittiin 1500- ja 1600-luvuilla kemian tieteena muodostumisen kynnyksellä. Mihail Vasilyevich Lomonosov viittasi myös suoraan sen eristyneisyyteen, mutta ymmärsi jo varmasti, että tämä ei ollut flogiston. Englantilainen fyysikko ja kemisti Henry Cavendish tutki tätä kaasua vuonna 1766 ja kutsui sitä "palavaksi ilmaksi". Poltettaessa "palava ilma" tuotti vettä, mutta Cavendishin sitoutuminen flogistonin teoriaan esti häntä tekemästä oikeita johtopäätöksiä. Ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier suoritti vuonna 1783 yhdessä insinööri J. Meunierin kanssa erityisillä kaasumittareilla veden synteesin ja sitten sen analyysin hajottaen vesihöyryä kuumalla raudalla. Siten hän totesi, että "palava ilma" on osa vettä ja voidaan saada siitä.

nimen alkuperä

Lavoisier antoi vedylle nimen hydrogène (toisesta kreikasta ὕδωρ - vesi ja γεννάω - synnytän) - "synnyttää vettä". Venäläistä nimeä "vety" ehdotti kemisti M. F. Solovjov vuonna 1824 - analogisesti M. V. Lomonosovin "hapen" kanssa.

Yleisyys

Universumissa
Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Sen osuus kaikista atomeista on noin 92 % (8 % on heliumatomeja, kaikkien muiden alkuaineiden osuus yhteensä on alle 0,1 %). Siten vety on tähtien ja tähtienvälisen kaasun pääkomponentti. Tähtien lämpötiloissa (esimerkiksi Auringon pintalämpötila on ~ 6000 °C) vetyä esiintyy plasman muodossa; tähtienvälisessä avaruudessa tämä alkuaine esiintyy yksittäisten molekyylien, atomien ja ionien muodossa ja voi muodostaa molekyylipilviä, jotka eroavat merkittävästi kooltaan, tiheydeltä ja lämpötilalta.

Maankuori ja elävät organismit
Vedyn massaosuus maankuoressa on 1 % - tämä on kymmenenneksi yleisin alkuaine. Sen roolia luonnossa ei kuitenkaan määrää massa, vaan atomien lukumäärä, jonka osuus muista alkuaineista on 17% (toinen sija hapen jälkeen, jonka atomien osuus on ~ 52%). Siksi vedyn merkitys maan päällä tapahtuvissa kemiallisissa prosesseissa on lähes yhtä suuri kuin hapen merkitys. Toisin kuin happi, jota on maapallolla sekä sitoutuneessa että vapaassa tilassa, lähes kaikki vety maan päällä on yhdisteiden muodossa; vain hyvin pieni määrä vetyä yksinkertaisen aineen muodossa löytyy ilmakehästä (0,00005 tilavuusprosenttia).
Vety on lähes kaikkien orgaanisten aineiden ainesosa ja sitä on kaikissa elävissä soluissa. Elävissä soluissa atomien lukumäärän mukaan vedyn osuus on lähes 50%.

Kuitti

Teolliset menetelmät yksinkertaisten aineiden saamiseksi riippuvat siitä, missä muodossa vastaava alkuaine löytyy luonnosta, eli mikä voi olla raaka-aine sen valmistukseen. Joten happi, joka on saatavilla vapaassa tilassa, saadaan fysikaalisella tavalla - eristämällä nestemäisestä ilmasta. Lähes kaikki vety on yhdisteiden muodossa, joten sen saamiseksi käytetään kemiallisia menetelmiä. Erityisesti voidaan käyttää hajoamisreaktioita. Yksi tapa tuottaa vetyä on reaktio veden hajoamisessa sähkövirran vaikutuksesta.
Pääasiallinen teollinen menetelmä vedyn tuottamiseksi on metaanin reaktio veden kanssa, joka on osa maakaasua. Se suoritetaan korkeassa lämpötilassa:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Yksi laboratoriomenetelmistä vedyn tuottamiseksi, jota joskus käytetään teollisuudessa, on veden hajottaminen sähkövirralla. Vetyä tuotetaan yleensä laboratoriossa saattamalla sinkki reagoimaan suolahapon kanssa.