Vandenilis– pirmasis periodinės lentelės cheminis elementas cheminiai elementai DI. Mendelejevas. Cheminis elementas vandenilis yra pirmoje grupėje, pagrindiniame pogrupyje, pirmajame periodinės sistemos periode.

Giminaitis atominė masė vandenilis = 1.

Vandenilis turi paprasčiausią atominę struktūrą, jis susideda iš vieno elektrono, esančio perinuklearinėje erdvėje. Vandenilio atomo branduolys susideda iš vieno protono.

Vandenilio atomas gali duoti arba įgyti elektroną cheminėse reakcijose, sudarydamas dviejų tipų jonus:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Vandenilis– labiausiai paplitęs elementas Visatoje. Jis sudaro apie 88,6% visų atomų (apie 11,3% yra helio atomai, visų kitų elementų dalis kartu sudaro apie 0,1%). Taigi vandenilis yra pagrindinis komponentasžvaigždės ir tarpžvaigždinės dujos. Tarpžvaigždinėje erdvėje šis elementas egzistuoja atskirų molekulių, atomų ir jonų pavidalu ir gali sudaryti molekulinius debesis, kurių dydis, tankis ir temperatūra labai skiriasi.

Vandenilio masės dalis žemės plutoje yra 1%. Tai devintas dažniausiai naudojamas elementas. Vandenilio svarba Žemėje vykstančiuose cheminiuose procesuose yra beveik tokia pat didelė kaip deguonies. Skirtingai nuo deguonies, kuris Žemėje egzistuoja ir surišto, ir laisvo pavidalo, beveik visas vandenilis Žemėje yra junginių pavidalu; Atmosferoje yra tik labai mažas vandenilio kiekis paprastos medžiagos pavidalu (0,00005 % tūrio sausam orui).

Vandenilis randamas beveik visuose organinės medžiagos ir yra visose gyvose ląstelėse.

Vandenilio fizinės savybės

Paprasta medžiaga, kurią sudaro cheminis elementas vandenilis, turi molekulinę struktūrą. Jo sudėtis atitinka formulę H2. Kaip ir cheminis elementas, paprasta medžiaga taip pat vadinama vandeniliu.

Vandenilis– bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos, praktiškai netirpsta vandenyje. Kambario temperatūroje ir normaliai Atmosferos slėgis tirpumas yra 18,8 ml dujų 1 litrui vandens.

Vandenilis– lengviausios dujos, jų tankis 0,08987 g/l. Palyginimui: oro tankis 1,3 g/l.

Vandenilis gali ištirpti metaluose, pavyzdžiui, viename paladžio tūryje gali ištirpti iki 850 tūrių vandenilio. Dėl itin mažo molekulinio dydžio vandenilis gali difuzuoti per daugelį medžiagų

Kaip ir kitos dujos, vandenilis žemos temperatūros kondensuojasi į bespalvius skaidrus skystis, tai vyksta esant temperatūrai – 252,8°C. Kai temperatūra pasiekia -259,2°C, vandenilis kristalizuojasi baltų kristalų pavidalu, panašiai kaip sniegas.

Skirtingai nuo deguonies, vandeniliui nėra būdinga alotropija

Vandenilio panaudojimas

Vandenilis naudojamas įvairios pramonės šakos industrija. Daug vandenilio sunaudojama amoniakui gaminti (NH3). Iš amoniako gaunamos azoto trąšos, sintetiniai pluoštai ir plastikai, vaistai.

Maisto pramonėje vandenilis naudojamas margarino, kuriame yra kietųjų riebalų, gamyboje. Norint juos gauti iš skystų riebalų, per juos praleidžiamas vandenilis.

Kai vandenilis dega deguonyje, liepsnos temperatūra yra apie 2500°C. Esant tokiai temperatūrai, ugniai atsparūs metalai gali būti išlydyti ir suvirinti. Taigi, suvirinant naudojamas vandenilis.

Skysto vandenilio ir deguonies mišinys naudojamas kaip raketų kuras.

Šiuo metu daugelis šalių pradėjo tyrimus, kaip pakeisti neatsinaujinančius energijos šaltinius (naftą, dujas, anglį) vandeniliu. Deguoniui degant deguonyje susidaro aplinkai nekenksmingas produktas – vanduo, o ne anglies dioksidas sukelia šiltnamio efektą.

Mokslininkai teigia, kad tai turėtų prasidėti XXI amžiaus viduryje masinė produkcija vandeniliniai automobiliai. Bus plačiai naudojami namų kuro elementai, kurių veikimas taip pat pagrįstas vandenilio oksidavimu deguonimi.

XIX amžiaus pabaigoje – XX amžiaus pradžioje, aeronautikos eros aušroje buvo užpildytas vandenilis Balionai, dirižablius ir oro balionus, nes jis daug lengvesnis už orą. Tačiau dirižablių era po nelaimės, įvykusios dirižabliui, ėmė sparčiai nykti į praeitį. Hindenburgas. 1937 m. gegužės 6 d. dirižablis, pripildytas vandenilio, jis užsidegė ir žuvo dešimtys jo keleivių.

Vandenilis yra labai sprogus tam tikra proporcija su deguonimi. Dėl saugos taisyklių nesilaikymo dirižablis užsidegė ir sprogo.

• Vandenilis– pirmasis cheminis periodinės cheminių elementų lentelės elementas D.I. Mendelejevas
• Vandenilis yra I grupėje, pagrindiniame pogrupyje, periodinės sistemos 1 periode
• Vandenilio valentingumas junginiuose – I
• Vandenilis– bespalvės dujos, bekvapės ir beskonės, praktiškai netirpsta vandenyje
• Vandenilis- lengviausios dujos
• Skystas ir kietas vandenilis susidaro žemoje temperatūroje
• Vandenilis gali ištirpti metaluose
• Vandenilio panaudojimas yra įvairus

Vandenilis – specialus elementas, užimantis dvi ląsteles iš karto Mendelejevo periodinėje lentelėje. Jis yra dviejose elementų grupėse, turinčiose priešingas savybes, ir dėl šios savybės jis yra unikalus. Vandenilis yra paprasta medžiaga ir daugelio sudėtingų junginių dalis; tai organogeninis ir biogeninis elementas. Verta išsamiai susipažinti su pagrindinėmis jo savybėmis ir savybėmis.

Vandenilis Mendelejevo periodinėje lentelėje

Pagrindinės vandenilio savybės nurodytos:

• elemento eilės numeris yra 1 (yra vienodas protonų ir elektronų skaičius);
• atominė masė yra 1,00795;
• vandenilis turi tris izotopus, kurių kiekvienas turi ypatingų savybių;
• Dėl tik vieno elektrono kiekio vandenilis gali parodyti redukavimo ir oksidacinės savybės, o paaukojęs elektroną, vandenilis turi laisvą orbitą, kuri dalyvauja formuojant cheminius ryšius pagal donoro-akceptoriaus mechanizmą;
• vandenilis yra lengvas mažo tankio elementas;
• vandenilis yra stiprus reduktorius, jis atveria šarminių metalų grupę pirmoje grupėje į pagrindinį pogrupį;
• kai vandenilis reaguoja su metalais ir kitais stipriais reduktoriais, jis priima jų elektroną ir tampa oksidatoriumi. Tokie junginiai vadinami hidridais. Pagal šią charakteristiką vandenilis paprastai priklauso halogenų grupei (lentelėje jis pateiktas virš fluoro skliausteliuose), su kuriuo jis yra panašus.

Vandenilis kaip paprasta medžiaga

Vandenilis yra dujos, kurių molekulė susideda iš dviejų. Šią medžiagą 1766 metais atrado britų mokslininkas Henry Cavendish. Jis įrodė, kad vandenilis yra dujos, kurios reaguodamos su deguonimi sprogsta. Ištyrę vandenilį chemikai nustatė, kad ši medžiaga yra lengviausia iš visų žmogui žinomų.

Kitas mokslininkas, Lavoisier, elementui suteikė pavadinimą „hydrogenium“, kuris išvertus iš lotynų kalbos reiškia „vandens pagimdymas“. 1781 m. Henry Cavendish įrodė, kad vanduo yra deguonies ir vandenilio derinys. Kitaip tariant, vanduo yra vandenilio reakcijos su deguonimi produktas. Degiąsias vandenilio savybes žinojo senovės mokslininkai: atitinkamus įrašus paliko Paracelsas, gyvenęs XVI a.

Molekulinis vandenilis yra natūraliai gamtoje paplitęs dujinis junginys, susidedantis iš dviejų atomų ir patenkantis į degančios atplaišos paviršių. Vandenilio molekulė gali suirti į atomus, kurie virsta helio branduoliais, nes jie gali dalyvauti branduolinėse reakcijose. Tokie procesai reguliariai vyksta erdvėje ir Saulėje.

Vandenilis ir jo fizinės savybės

Vandenilis turi šiuos fizinius parametrus:

• verda -252,76 °C temperatūroje;
• lydosi -259,14 °C temperatūroje; *nurodytose temperatūros ribose vandenilis yra bekvapis, bespalvis skystis;
• Vandenilis mažai tirpsta vandenyje;
• vandenilis teoriškai gali pereiti į metalinę būseną, jei yra specialios sąlygos(žema temperatūra ir aukštas slėgis);
• grynas vandenilis yra sprogi ir degi medžiaga;
• vandenilis geba difunduoti per metalų storį, todėl gerai juose tirpsta;
• vandenilis yra 14,5 karto lengvesnis už orą;
• adresu aukštas kraujo spaudimas galima gauti į sniegą panašių kieto vandenilio kristalų.

Cheminės vandenilio savybės

Laboratoriniai metodai:

• praskiestų rūgščių sąveika su aktyviais metalais ir vidutinio aktyvumo metalais;
• metalų hidridų hidrolizė;
• šarminių ir šarminių žemės metalų reakcija su vandeniu.

Vandenilio junginiai:

Vandenilio halogenidai; lakieji nemetalų vandenilio junginiai; hidridai; hidroksidai; vandenilio hidroksidas (vanduo); vandenilio peroksidas; organiniai junginiai (baltymai, riebalai, angliavandeniliai, vitaminai, lipidai, eteriniai aliejai, hormonai). Spustelėkite, kad pamatytumėte saugius baltymų, riebalų ir angliavandenių savybių tyrimus.

Norėdami surinkti susidariusį vandenilį, mėgintuvėlį reikia laikyti apverstą. Vandenilio negalima surinkti kaip anglies dioksido, nes jis daug lengvesnis už orą. Vandenilis greitai išgaruoja, o susimaišęs su oru (arba didelėmis sankaupomis) sprogsta. Todėl mėgintuvėlį būtina apversti. Iš karto po užpildymo vamzdis uždaromas guminiu kamščiu.

Norėdami patikrinti vandenilio grynumą, prie mėgintuvėlio kaklelio turite laikyti degtuką. Jei įvyksta nuobodus ir tylus trenksmas, dujos yra švarios, o oro nešvarumų yra minimalus. Jei medvilnė garsiai švilpia, mėgintuvėlyje esančios dujos yra nešvarios, jose yra didelė dalis pašaliniai komponentai.

Dėmesio! Nemėginkite patys pakartoti šių eksperimentų!

Skystis

Vandenilis(lot. Vandenilis; pažymėtas simboliu H) yra pirmasis periodinės elementų lentelės elementas. Plačiai paplitęs gamtoje. Labiausiai paplitusio vandenilio izotopo 1H katijonas (ir branduolys) yra protonas. 1H branduolio savybės leidžia plačiai taikyti BMR spektroskopiją organinių medžiagų analizei.

Trys vandenilio izotopai turi savo pavadinimus: 1 H - protium (H), 2 H - deuteris (D) ir 3 H - tritis (radioaktyvus) (T).

Paprasta medžiaga vandenilis – H2 – yra šviesios bespalvės dujos. Sumaišytas su oru arba deguonimi jis yra degus ir sprogus. Ne toksiškas. Tirpsta etanolyje ir daugelyje metalų: geležyje, nikelyje, paladyje, platinoje.

Istorija

Degiųjų dujų išsiskyrimas rūgščių ir metalų sąveikos metu pastebėtas XVI ir XVII amžius chemijos, kaip mokslo, formavimosi aušroje. Michailas Vasiljevičius Lomonosovas taip pat tiesiogiai atkreipė dėmesį į jo izoliaciją, tačiau jis jau tikrai žinojo, kad tai nėra flogistonas. Anglų fizikas ir chemikas Henry Cavendish ištyrė šias dujas 1766 m. ir pavadino jas „degiu oru“. Degimas „degus oras“ gamino vandenį, tačiau Cavendish'as laikėsi flogistono teorijos, kad jis negalėjo padaryti teisingų išvadų. Prancūzų chemikas Antoine'as Lavoisier kartu su inžinieriumi J. Meunier, naudodamas specialius dujų matuoklius, 1783 metais atliko vandens sintezę, o vėliau ir jo analizę, skaidydamas vandens garus karšta geležimi. Taigi jis nustatė, kad „degus oras“ yra vandens dalis ir gali būti iš jo gaunamas.

vardo kilmė

Lavoisier vandeniliui suteikė pavadinimą hidrogenas – „vandens gimdymas“. Rusišką pavadinimą „vandenilis“ pasiūlė chemikas M. F. Solovjovas 1824 m. - pagal analogiją su Slomonosovo „deguonimi“.

Paplitimas

Vandenilis yra labiausiai paplitęs elementas Visatoje. Jis sudaro apie 92% visų atomų (8% yra helio atomai, visų kitų elementų dalis kartu yra mažesnė nei 0,1%). Taigi vandenilis yra pagrindinė žvaigždžių ir tarpžvaigždinių dujų sudedamoji dalis. Žvaigždžių temperatūros sąlygomis (pavyzdžiui, Saulės paviršiaus temperatūra ~ 6000 °C) vandenilis egzistuoja plazmos pavidalu, tarpžvaigždinėje erdvėje šis elementas egzistuoja atskirų molekulių, atomų ir jonų pavidalu ir gali susidaryti molekuliniai debesys, kurių dydis, tankis ir temperatūra labai skiriasi.

Žemės pluta ir gyvi organizmai

Vandenilio masės dalis žemės plutoje yra 1% – tai dešimtas pagal gausumą elementas. Tačiau jo vaidmenį gamtoje lemia ne masė, o atomų skaičius, kurio dalis tarp kitų elementų yra 17% (antra vieta po deguonies, kurio atomų dalis yra ~ 52%). Todėl vandenilio svarba Žemėje vykstančiuose cheminiuose procesuose yra beveik tokia pat didelė kaip deguonies. Skirtingai nuo deguonies, kuris Žemėje egzistuoja ir surišto, ir laisvo pavidalo, beveik visas vandenilis Žemėje yra junginių pavidalu; Atmosferoje yra tik labai mažas vandenilio kiekis paprastos medžiagos pavidalu (0,00005 tūrio%).

Vandenilis yra beveik visų organinių medžiagų dalis ir yra visose gyvose ląstelėse. Gyvose ląstelėse vandenilis sudaro beveik 50% atomų skaičiaus.

Kvitas

Pramoniniai gamybos metodai paprastos medžiagos priklauso nuo to, kokia forma atitinkamas elementas randamas gamtoje, tai yra, kokia gali būti žaliava jo gamybai. Taigi gaunamas laisvas deguonis fiziškai- išleidimas iš skysto oro. Beveik visas vandenilis yra junginių pavidalu, todėl jį gauti jie naudoja cheminiai metodai. Visų pirma gali būti naudojamos skilimo reakcijos. Vienas iš vandenilio gamybos būdų yra vandens skaidymas elektros srove.

Pagrindinis pramoninis vandenilio gamybos būdas yra metano, kuris yra gamtinių dujų dalis, reakcija su vandeniu. Jis vykdomas val aukštos temperatūros(nesunku pastebėti, kad metaną leidžiant net per verdantį vandenį nevyksta jokia reakcija):

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 –165 kJ

Laboratorijoje paprastoms medžiagoms gauti nebūtinai naudojamos natūralios žaliavos, o pasirenkamos tokios pradinės medžiagos, iš kurių lengviau išskirti reikiamą medžiagą. Pavyzdžiui, laboratorijoje deguonis negaunamas iš oro. Tas pats pasakytina ir apie vandenilio gamybą. Vienas iš laboratoriniai metodai gaminant vandenilį, kuris kartais naudojamas pramonėje, skaidant vandenį elektros srove.

Paprastai vandenilis gaminamas laboratorijoje, reaguojant cinkui su druskos rūgštimi.

Pramonėje

1.Elektrolizė vandeniniai tirpalai druskos:

2NaCl + 2H 2O → H2 + 2NaOH + Cl2

2. Vandens garų perleidimas per karštą koksą maždaug 1000 °C temperatūroje:

H2O+C? H2+CO

3. Iš gamtinių dujų.

Steam konvertavimas:

CH4 + H2O? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalizinė oksidacija deguonimi:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Angliavandenilių krekingas ir riformingas naftos perdirbimo metu.

Laboratorijoje

1.Praskiestų rūgščių poveikis metalams.Šiai reakcijai atlikti dažniausiai naudojamas cinkas ir praskiesta druskos rūgštis:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H2

2.Kalcio sąveika su vandeniu:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidridų hidrolizė:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Šarmų poveikis cinkui arba aliuminiui:

2Al + 2NaOH + 6H 2O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2

5.Naudojant elektrolizę. Vandeninių šarmų ar rūgščių tirpalų elektrolizės metu katode išsiskiria vandenilis, pavyzdžiui:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizinės savybės

Vandenilis gali egzistuoti dviem formomis (modifikacijomis) – orto- ir para-vandenilio pavidalu. Ortovandenilio molekulėje o-H 2 (mp -259,10 °C, bp -252,56 °C) branduolio sukimai yra nukreipti identiškai (lygiagrečiai) ir paravandeniui p-H 2 (lydymosi temperatūra –259,32 °C, virimo temperatūra –252,89 °C) – priešingi vienas kitam (antilygiagrečiai). Pusiausvyros mišinys o-H 2 ir p-H 2 tam tikroje temperatūroje vadinamas pusiausvyros vandenilis e-H2.

Vandenilio modifikacijas galima atskirti adsorbuojant ant aktyviosios anglies skysto azoto temperatūroje. Esant labai žemai temperatūrai, pusiausvyra tarp ortovandenilio ir paravandenilio beveik visiškai pasislenka pastarojo link. 80 K temperatūroje formų santykis yra maždaug 1:1. Kaitinamas, desorbuotas paravandenilis paverčiamas ortovandeniliu, kol susidaro kambario temperatūros pusiausvyros mišinys (orto-para: 75:25). Be katalizatoriaus transformacija vyksta lėtai (tarpžvaigždinės terpės sąlygomis - būdingais laikais iki kosmologinių), o tai leidžia ištirti atskirų modifikacijų savybes.

Vandenilis yra lengviausios dujos, 14,5 karto lengvesnės už orą. Akivaizdu, kad kuo mažesnė molekulių masė, tuo didesnis jų greitis toje pačioje temperatūroje. Kadangi vandenilio molekulės yra lengviausios, jos juda greičiau nei bet kurių kitų dujų molekulės ir todėl gali greičiau perduoti šilumą iš vieno kūno į kitą. Iš to išplaukia, kad vandenilis turi didžiausią šilumos laidumą tarp dujinių medžiagų. Jo šilumos laidumas yra maždaug septynis kartus didesnis nei oro šilumos laidumas.

Vandenilio molekulė yra dviatomė – H2. Normaliomis sąlygomis tai yra bespalvės, bekvapės ir beskonės dujos. Tankis 0,08987 g/l (n.s.), virimo temperatūra −252,76 °C, savitoji degimo šiluma 120,9×10 6 J/kg, mažai tirpsta vandenyje - 18,8 ml/l. Vandenilis gerai tirpsta daugelyje metalų (Ni, Pt, Pd ir kt.), ypač paladyje (850 tūrių 1 tūryje Pd). Vandenilio tirpumas metaluose yra susijęs su jo gebėjimu difunduoti per juos; Difuziją per anglies lydinį (pavyzdžiui, plieną) kartais lydi lydinio sunaikinimas dėl vandenilio sąveikos su anglimi (vadinamoji dekarbonizacija). Praktiškai netirpsta sidabre.

Skystas vandenilis egzistuoja labai siaurame temperatūros diapazone nuo –252,76 iki –259,2 °C. Tai bespalvis skystis, labai lengvas (tankis esant –253 °C 0,0708 g/cm3) ir skystas (klampumas esant –253 °C 13,8 spuaz). Kritiniai vandenilio parametrai yra labai žemi: ​​temperatūra –240,2 °C ir slėgis 12,8 atm. Tai paaiškina vandenilio suskystinimo sunkumus. IN skysta būsena pusiausvyros vandenilis susideda iš 99,79% para-H2, 0,21% orto-H2.

Kietas vandenilis, lydymosi temperatūra –259,2 °C, tankis 0,0807 g/cm 3 (prie –262 °C) – į sniegą panaši masė, šešiakampiai kristalai, erdvės grupė P6/mmc, ląstelės parametrai a=3,75 c=6.12. Esant aukštam slėgiui, vandenilis virsta metaline būsena.

Izotopai

Vandenilis atsiranda trijų forma izotopai, turintys atskirus pavadinimus: 1 H - protium (H), 2 H - deuteris (D), 3 H - tritis (radioaktyvus) (T).

Protis ir deuteris yra stabilūs izotopai, kurių masės skaičius yra 1 ir 2. Jų kiekis gamtoje yra atitinkamai 99,9885 ± 0,0070 % ir 0,0115 ± 0,0070 %. Šis santykis gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo vandenilio šaltinio ir būdo.

Vandenilio izotopas 3H (tritis) yra nestabilus. Jo pusinės eliminacijos laikas yra 12,32 metų. Natūraliai tričio yra labai mažais kiekiais.

Literatūroje taip pat pateikiami duomenys apie vandenilio izotopus, kurių masės skaičius yra 4 - 7, o pusinės eliminacijos laikas yra 10 -22 - 10 -23 s.

Natūralus vandenilis susideda iš H 2 ir HD (deuterio vandenilio) molekulių santykiu 3200:1. Gryno deuterio vandenilio D 2 kiekis dar mažesnis. HD ir D 2 koncentracijų santykis yra maždaug 6400:1.

Iš visų cheminių elementų izotopų fizikiniai ir Cheminės savybės Vandenilio izotopai vienas nuo kito labiausiai skiriasi. Taip yra dėl didžiausio santykinio atomų masių pokyčio.

	Temperatūra tirpsta, K	Temperatūra verdantis, K	Trigubas taškas, K/kPa	Kritinis taškas, K/kPa	Tankis skystis/dujos, kg/m³

Deuteris ir tritis taip pat turi orto ir para modifikacijų: p-D2, o-D2, p-T 2, o-T 2. Heteroizotopinis vandenilis (HD, HT, DT) neturi orto ir para modifikacijų.

Cheminės savybės

Disocijuotų vandenilio molekulių dalis

Vandenilio molekulės H2 yra gana stiprios, o tam, kad vandenilis sureaguotų, reikia sunaudoti daug energijos:

H 2 = 2H – 432 kJ

Todėl įprastoje temperatūroje vandenilis reaguoja tik su labai aktyviais metalais, tokiais kaip kalcis, sudarydamas kalcio hidridą:

Ca + H 2 = CaH 2

ir su vieninteliu nemetalu - fluoru, sudarydamas vandenilio fluoridą:

Vandenilis reaguoja su dauguma metalų ir nemetalų esant aukštai temperatūrai arba veikiant kitokiam poveikiui, pavyzdžiui, apšvietimui:

O 2 + 2H 2 = 2H 2 O

Jis gali „atimti“ deguonį iš kai kurių oksidų, pavyzdžiui:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Užrašyta lygtis atspindi vandenilio redukcines savybes.

N2 + 3H2 → 2NH3

Su halogenais sudaro vandenilio halogenidus:

F 2 + H 2 → 2HF, reakcija vyksta sprogiai tamsoje ir bet kokioje temperatūroje,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reakcija vyksta sprogstamai, tik šviesoje.

Esant dideliam karščiui, jis sąveikauja su suodžiais:

C + 2H 2 → CH 4

Sąveika su šarminiais ir šarminių žemių metalais

Sąveikaujant su aktyviais metalais vandenilis sudaro hidridus:

2Na + H2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H2 → MgH 2

Hidridai- panašus į druską, kietosios medžiagos, yra lengvai hidrolizuojami:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

Sąveika su metalų oksidais (dažniausiai d-elementais)

Oksidai redukuojami į metalus:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Organinių junginių hidrinimas

Molekulinis vandenilis plačiai naudojamas organinė sintezė atsigavimas organiniai junginiai. Šie procesai vadinami hidrinimo reakcijos. Šios reakcijos vykdomos dalyvaujant katalizatoriui aukštas kraujo spaudimas ir temperatūra. Katalizatorius gali būti vienalytis (pvz., Wilkinson Catalyst) arba nevienalytis (pvz., Raney nikelis, paladis ant anglies).

Taigi, ypač katalizinio nesočiųjų junginių, tokių kaip alkenai ir alkinai, hidrinimo metu susidaro sotieji junginiai – alkanai.

Vandenilio geochemija

Laisvasis vandenilis H2 yra gana retas sausumos dujose, tačiau vandens pavidalu jis užima itin svarbią vietą geocheminiuose procesuose.

Vandenilis mineraluose gali būti amonio jonų, hidroksilo jonų ir kristalinio vandens pavidalu.

Atmosferoje vandenilis nuolat gaminasi dėl vandens skaidymo saulės spindulių poveikio. Mažos masės vandenilio molekulės turi didelį difuzijos judėjimo greitį (jis artimas antrajam kosminiam greičiui) ir, patekusios į viršutinius atmosferos sluoksnius, gali skristi į kosmosą.

Gydymo ypatumai

Vandenilis, susimaišęs su oru, sudaro sprogstamą mišinį – vadinamąsias detonuojančias dujas. Šios dujos yra sprogiausios, kai vandenilio ir deguonies tūrio santykis yra 2:1 arba vandenilio ir oro santykis yra maždaug 2:5, nes ore yra apie 21% deguonies. Vandenilis taip pat yra gaisro pavojus. Patekęs ant odos skystas vandenilis gali stipriai nušalti.

Sprogi vandenilio ir deguonies koncentracija būna nuo 4 % iki 96 % tūrio. Sumaišius su oru nuo 4% iki 75(74)% tūrio.

Ekonomika

Didelės didmeninės prekybos vandenilio kaina svyruoja nuo 2–5 USD už kg.

Taikymas

Atominis vandenilis naudojamas atominiam vandeniliniam suvirinimui.

Chemijos pramonė

• Amoniako, metanolio, muilo ir plastikų gamyboje
• Gaminant margariną iš skystų augalinių aliejų
• Registruotas kaip maisto priedai E949(pakavimo dujos)

Maisto pramone

Aviacijos pramonė

Vandenilis yra labai lengvas ir visada kyla ore. Kadaise dirižabliai ir oro balionai buvo pripildyti vandenilio. Tačiau 30-aisiais. XX amžiuje Įvyko kelios nelaimės, per kurias sprogo ir sudegė dirižabliai. Šiais laikais dirižabliai yra pripildyti helio, nepaisant žymiai didesnių jo sąnaudų.

Kuro

Vandenilis naudojamas kaip raketų kuras.

Atliekami vandenilio, kaip automobilių ir sunkvežimių kuro, naudojimo tyrimai. Vandeniliniai varikliai neteršia aplinką ir išskiria tik vandens garus.

Vandenilio-deguonies kuro elementai naudoja vandenilį, kad tiesiogiai konvertuotų energiją cheminė reakcija prie elektrinio.

"Skystas vandenilis"(„LH“) – tai skysta vandenilio būsena, kurios mažas savitasis tankis – 0,07 g/cm³, kriogeninės savybės – 14,01 K (–259,14 °C) užšalimo temperatūra ir 20,28 K (–252,87 °C) virimo temperatūra. ). Tai bespalvis, bekvapis skystis, kuris, sumaišytas su oru, yra klasifikuojamas kaip sprogus, kurio degumo diapazonas yra 4-75%. Izomerų sukimosi santykis skystame vandenilyje yra: 99,79% - paravandenilis; 0,21% - ortovandenilis. Vandenilio plėtimosi koeficientas keičiant agregacijos būsena dujinis yra 848:1 20°C temperatūroje.

Kaip ir bet kurių kitų dujų atveju, vandenilio suskystinimas sumažina jo tūrį. Po suskystinimo skystas skystis laikomas termiškai izoliuotuose induose esant slėgiui. Skystas vandenilis Skystas vandenilis, LH2, LH 2) aktyviai naudojamas pramonėje kaip dujų saugykla ir kosmoso pramonėje kaip raketų kuras.

Istorija

Pirmą kartą dokumentais pagrįstą dirbtinį šaldymą panaudojo anglų mokslininkas Williamas Cullenas 1756 m., Gaspardas Monge'as pirmasis gavo skystą sieros oksido būseną 1784 m., Michaelas Faradėjus pirmasis gavo suskystintą amoniaką, amerikiečių išradėjas Oliveris Evansas. pirmasis sukūrė šaldymo kompresorių 1805 m., Jacobas Perkinsas pirmasis užpatentavo aušinimo mašiną 1834 m., o Johnas Gorey pirmasis patentavo oro kondicionierių JAV 1851 m. Werneris Siemensas 1857 m. pasiūlė regeneracinio aušinimo koncepciją, o 1876 m. Karlas Linde patentavo įrangą, skirtą skystam orui gaminti naudojant kaskadinį „Joule-Thomson plėtimosi efektą“ ir regeneracinį aušinimą. 1885 metais lenkų fizikas ir chemikas Zigmuntas Vrublevskis paskelbė kritinė temperatūra vandenilis 33 K, kritinis slėgis 13,3 atm. ir virimo temperatūra 23 K. Vandenilį pirmą kartą suskystino Jamesas Dewaras 1898 m., naudodamas regeneracinį aušinimą ir savo išradimą – Dewaro kolbą. Pirmąją stabilaus skysto vandenilio izomero, paravandenilio, sintezę atliko Paulas Harteckas ir Carlas Bonhoefferis 1929 m.

Sukasi vandenilio izomerai

Vandenilis kambario temperatūroje daugiausia susideda iš sukimosi izomero, ortovandenilio. Po gamybos skystas vandenilis yra metastabilios būsenos ir turi būti paverstas paravandenilio forma, kad būtų išvengta sprogios egzoterminės reakcijos, kuri atsiranda, kai jis keičiasi žemoje temperatūroje. Konvertavimas į paravandenilio fazę paprastai atliekamas naudojant katalizatorius, tokius kaip geležies oksidas, chromo oksidas, Aktyvuota anglis platina padengto asbesto, retųjų žemių metalų arba naudojant urano ar nikelio priedus.

Naudojimas

Skystas vandenilis gali būti naudojamas kaip variklių degalų saugojimo forma vidaus degimas Ir kuro elementai. Naudojant šią agreguotą vandenilio formą buvo sukurti įvairūs povandeniniai laivai (projektai „212A“ ir „214“, Vokietija) ir vandenilio transportavimo koncepcijos (žr. pvz. „DeepC“ arba „BMW H2R“). Dėl konstrukcijų artumo LHV įrangos kūrėjai gali naudoti arba tik modifikuoti sistemas, naudojančias suskystintas gamtines dujas (SGD). Tačiau dėl mažesnio tūrinės energijos tankio degimui reikia didesnio tūrio vandenilio nei gamtinėms dujoms. Jei stūmokliniuose varikliuose vietoj „SGD“ naudojamas skystas vandenilis, dažniausiai reikalinga didesnė degalų sistema. Naudojant tiesioginį įpurškimą, padidėję nuostoliai įsiurbimo takuose sumažina cilindro užpildymą.

Skystas vandenilis taip pat naudojamas neutronams vėsinti atliekant neutronų sklaidos eksperimentus. Neutrono ir vandenilio branduolio masės yra beveik lygios, todėl energijos mainai elastingo susidūrimo metu yra efektyviausi.

Privalumai

Vandenilio naudojimo pranašumas yra jo naudojimo „nulinė emisija“. Jo sąveikos su oru produktas yra vanduo.

Kliūtys

Vienas litras „ZhV“ sveria tik 0,07 kg. Tai yra, jo savitasis tankis yra 70,99 g/l esant 20 K. Skystas vandenilis reikalauja kriogeninės saugojimo technologijos, pavyzdžiui, specialios termiškai izoliuotos talpyklos ir reikalauja specialaus tvarkymo, kuris būdingas visoms kriogeninėms medžiagoms. Šiuo atžvilgiu jis yra artimas skystam deguoniui, tačiau reikalauja didesnio atsargumo dėl gaisro pavojaus. Net ir naudojant izoliuotas talpyklas sunku išlaikyti žemoje temperatūroje, reikalingoje, kad jis būtų skystas (paprastai išgaruoja 1 % per dieną). Jį tvarkant taip pat reikia laikytis įprastų saugos priemonių dirbant su vandeniliu – jis pakankamai šaltas, kad suskystintų orą, kuris yra sprogus.

Raketų kuras

Skystas vandenilis yra įprasta raketų kuro sudedamoji dalis, naudojama nešančiosioms raketoms ir erdvėlaiviams varyti. Daugumoje skysčių raketų varikliai vandenilis, jis pirmiausia naudojamas purkštuko ir kitų variklio dalių regeneraciniam atvėsinimui, o po to sumaišomas su oksidatoriumi ir sudeginamas, kad būtų sukurta trauka. Šiuolaikiniai varikliai, naudojantys H 2 /O 2 komponentus, naudoja degalų mišinį, per daug prisodrintą vandeniliu, todėl išmetamosiose dujose susidaro tam tikras nesudegusio vandenilio kiekis. Tai ne tik padidina specifinį variklio impulsą mažinant molekulinę masę, bet ir sumažina purkštuko ir degimo kameros eroziją.

Tokios kliūtys naudoti LH kitose srityse, tokios kaip kriogeniškumas ir mažas tankis, taip pat yra ribojantis veiksnys naudoti šiuo atveju. Nuo 2009 m. yra tik viena nešėja (nešančioji raketa Delta-4), kuri yra tik vandenilinė raketa. Iš esmės „ZhV“ naudojamas arba viršutinėse raketų pakopose, arba ant blokų, kurie atlieka didelę naudingojo krovinio paleidimo į kosmosą darbo dalį vakuume. Kaip vieną iš priemonių, didinančių šios rūšies kuro tankį, siūloma naudoti į dumblą panašų vandenilį, tai yra pusiau užšaldytą „skysto vandenilio“ formą.

APIBRĖŽIMAS

Vandenilis- pirmasis periodinės lentelės elementas. Pavadinimas - H iš lotyniško „hydrogenium“. Įsikūręs pirmajame periode, IA grupėje. Nurodo nemetalus. Branduolinis krūvis yra 1.

Vandenilis yra vienas iš labiausiai paplitusių cheminių elementų - jo dalis sudaro apie 1% visų trijų žemės plutos apvalkalų (atmosferos, hidrosferos ir litosferos) masės, kuri, pavertus atominiais procentais, yra 17,0.

Pagrindinis šio elemento kiekis randamas surišta būsena. Taigi, vandenyje yra apie 11 wt. %, molio – apie 1,5 % ir kt. Junginių su anglimi pavidalu vandenilis yra naftos, degiųjų gamtinių dujų ir visų organizmų dalis.

Vandenilis yra bespalvės ir bekvapės dujos (atominės sandaros diagrama parodyta 1 pav.). Jo lydymosi ir virimo temperatūra yra labai žema (atitinkamai -259 o C ir -253 o C). Esant temperatūrai (-240 o C) ir esant slėgiui, vandenilis geba suskystėti, o greitai išgaruojant susidariusiam skysčiui virsta kieta būsena (skaidriais kristalais). Jis mažai tirpsta vandenyje – 2:100 tūrio. Vandenilis pasižymi tirpumu kai kuriuose metaluose, pavyzdžiui, geležyje.

Ryžiai. 1. Vandenilio atomo sandara.

Vandenilio atominė ir molekulinė masė

APIBRĖŽIMAS

Santykinė atominė masė elementas yra tam tikro elemento atomo masės ir 1/12 anglies atomo masės santykis.

Santykinė atominė masė yra be matmenų ir žymima A r (rodyklė „r“ yra pradinė raidė Angliškas žodis giminaitis, o tai reiškia „giminaitis“). Santykinė atominio vandenilio masė yra 1,008 amu.

Molekulių masės, kaip ir atomų masės, išreiškiamos atominės masės vienetais.

APIBRĖŽIMAS

Molekulinė masė Medžiaga vadinama molekulės mase, išreikšta atominės masės vienetais. Santykinė molekulinė masė medžiagomis vadinamos tam tikros medžiagos molekulės masės santykis su 1/12 anglies atomo masės, kurio masė yra 12 amu.

Yra žinoma, kad vandenilio molekulė yra dviatomė - H 2 . Santykinė vandenilio molekulės masė bus lygi:

Mr (H2) = 1,008 × 2 = 2,016.

Vandenilio izotopai

Vandenilis turi tris izotopus: protis 1 H, deuteris 2 H arba D ir tritis 3 H arba T. Jų masės skaičiai yra 1, 2 ir 3. Protis ir deuteris yra stabilūs, tritis radioaktyvus (pusėjimo laikas 12,5 metų). Natūraliuose junginiuose deuterio ir pročio yra vidutiniškai santykiu 1:6800 (pagal atomų skaičių). Tritis gamtoje randamas nedideliais kiekiais.

Vandenilio atomo 1 H branduolyje yra vienas protonas. Deuterio ir tričio branduoliai, be protono, apima vieną ir du neutronus.

Vandenilio jonai

Vandenilio atomas gali atsisakyti vieno elektrono, kad sudarytų teigiamą joną (kuris yra plikas protonas), arba įgyti vieną elektroną, kad taptų neigiamu jonu, turinčiu helio elektronų konfigūraciją.

Norint visiškai pašalinti elektroną iš vandenilio atomo, reikia išleisti labai didelę jonizacijos energiją:

H + 315 kcal = H + + e.

Dėl to, kai vandenilis sąveikauja su metaloidais, susidaro ne joninės, o tik polinės jungtys.

Neutralaus atomo polinkis įgyti elektronų perteklių apibūdinamas jo elektronų afiniteto verte. Vandenilyje jis išreiškiamas gana silpnai (tačiau tai nereiškia, kad toks vandenilio jonas negali egzistuoti):

H + e = H - + 19 kcal.

Vandenilio molekulė ir atomas

Vandenilio molekulė susideda iš dviejų atomų – ​​H2. Štai keletas savybių, apibūdinančių vandenilio atomą ir molekulę:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas	Įrodykite, kad yra bendrosios formulės EN x hidridų, kuriuose yra 12,5 % vandenilio.
Sprendimas	Apskaičiuokime vandenilio ir nežinomo elemento mases, imdami mėginio masę 100 g: m(H) = m (EN x) × w (H); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g. m(E) = m (EN x) - m(H); m(E) = 100 - 12,5 = 87,5 g. Raskime vandenilio medžiagos ir nežinomo elemento kiekį, pastarojo molinę masę pažymėdami „x“ (vandenilio molinė masė 1 g/mol):

Vandenilis (sekimo popierius iš lot. Hydrogenium - hydro = "vanduo", gen = "generuojantis"; hydrogenium - "generuoja vandenį"; žymimas simboliu H) yra pirmasis periodinės elementų lentelės elementas. Plačiai paplitęs gamtoje. Labiausiai paplitusio vandenilio izotopo 1H katijonas (ir branduolys) yra protonas. 1H branduolio savybės leidžia plačiai taikyti BMR spektroskopiją organinių medžiagų analizei.

Trys vandenilio izotopai turi savo pavadinimus: 1 H - protium (H), 2 H - deuteris (D) ir 3 H - tritis (radioaktyvus) (T).

Paprasta medžiaga vandenilis – H2 – yra šviesios bespalvės dujos. Sumaišytas su oru arba deguonimi jis yra degus ir sprogus. Ne toksiškas. Tirpsta etanolyje ir daugelyje metalų: geležyje, nikelyje, paladyje, platinoje.

Istorija

Degiųjų dujų išsiskyrimas rūgščių ir metalų sąveikos metu buvo pastebėtas XVI–XVII a., chemijos, kaip mokslo, formavimosi aušroje. Michailas Vasiljevičius Lomonosovas taip pat tiesiogiai atkreipė dėmesį į jo izoliaciją, tačiau jis jau tikrai žinojo, kad tai nėra flogistonas. Anglų fizikas ir chemikas Henry Cavendish ištyrė šias dujas 1766 m. ir pavadino jas „degiu oru“. Degimas „degus oras“ gamino vandenį, tačiau Cavendish'as laikėsi flogistono teorijos, kad jis negalėjo padaryti teisingų išvadų. Prancūzų chemikas Antoine'as Lavoisier kartu su inžinieriumi J. Meunier, naudodamas specialius dujų matuoklius, 1783 metais atliko vandens sintezę, o vėliau ir jo analizę, skaidydamas vandens garus karšta geležimi. Taigi jis nustatė, kad „degus oras“ yra vandens dalis ir gali būti iš jo gaunamas.

vardo kilmė

Lavoisier vandeniliui suteikė pavadinimą hidrogenas (iš senovės graikų ὕδωρ - vanduo ir γεννάω - aš pagimdžiu) - „vandens gimdymas“. Rusišką pavadinimą „vandenilis“ pasiūlė chemikas M. F. Solovjovas 1824 m. - pagal analogiją su M. V. Lomonosovo „deguonis“.

Paplitimas

Visatoje
Vandenilis yra labiausiai paplitęs elementas Visatoje. Jis sudaro apie 92% visų atomų (8% yra helio atomai, visų kitų elementų dalis kartu yra mažesnė nei 0,1%). Taigi vandenilis yra pagrindinis žvaigždžių ir tarpžvaigždinių dujų komponentas. Žvaigždžių temperatūros sąlygomis (pavyzdžiui, Saulės paviršiaus temperatūra ~ 6000 °C) vandenilis egzistuoja plazmos pavidalu, tarpžvaigždinėje erdvėje šis elementas egzistuoja atskirų molekulių, atomų ir jonų pavidalu ir gali susidaryti molekuliniai debesys, kurių dydis, tankis ir temperatūra labai skiriasi.

Žemės pluta ir gyvi organizmai
Vandenilio masės dalis žemės plutoje yra 1% – tai dešimtas pagal gausumą elementas. Tačiau jo vaidmenį gamtoje lemia ne masė, o atomų skaičius, kurio dalis tarp kitų elementų yra 17% (antra vieta po deguonies, kurio atomų dalis yra ~ 52%). Todėl vandenilio svarba Žemėje vykstančiuose cheminiuose procesuose yra beveik tokia pat didelė kaip deguonies. Skirtingai nuo deguonies, kuris Žemėje egzistuoja ir surišto, ir laisvo pavidalo, beveik visas vandenilis Žemėje yra junginių pavidalu; Atmosferoje yra tik labai mažas vandenilio kiekis paprastos medžiagos pavidalu (0,00005 tūrio%).
Vandenilis yra beveik visų organinių medžiagų dalis ir yra visose gyvose ląstelėse. Gyvose ląstelėse vandenilis sudaro beveik 50% atomų skaičiaus.

Kvitas

Pramoniniai paprastų medžiagų gamybos būdai priklauso nuo to, kokia forma atitinkamas elementas randamas gamtoje, tai yra, kokia gali būti žaliava jo gamybai. Taigi deguonis, kuris yra laisvas, gaunamas fiziškai – atskiriant nuo skysto oro. Beveik visas vandenilis yra junginių pavidalo, todėl jam gauti naudojami cheminiai metodai. Visų pirma gali būti naudojamos skilimo reakcijos. Vienas iš vandenilio gamybos būdų yra vandens skaidymas elektros srove.
Pagrindinis pramoninis vandenilio gamybos būdas yra metano, kuris yra gamtinių dujų dalis, reakcija su vandeniu. Jis atliekamas aukštoje temperatūroje:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 –165 kJ

Vienas iš laboratorinių vandenilio gamybos būdų, kuris kartais naudojamas pramonėje, yra vandens skaidymas elektros srove. Paprastai vandenilis gaminamas laboratorijoje, reaguojant cinkui su druskos rūgštimi.