vodik- prvi kemijski element periodnega sistema kemični elementi DI. Mendelejev. Kemični element vodik se nahaja v prvi skupini, glavni podskupini, prvi periodi periodnega sistema.

Sorodnik atomska masa vodik = 1.

Vodik ima najpreprostejšo strukturo atoma, sestavljen je iz enega samega elektrona, ki se nahaja v jedrskem prostoru. Jedro vodikovega atoma je sestavljeno iz enega protona.

Vodikov atom lahko v kemijskih reakcijah odda in doda elektron, pri čemer nastaneta dve vrsti ionov:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

vodik je najpogostejši element v vesolju. Predstavlja približno 88,6 % vseh atomov (približno 11,3 % je atomov helija, delež vseh ostalih elementov skupaj je približno 0,1 %). Tako je vodik glavni komponento zvezde in medzvezdni plin. V medzvezdnem prostoru ta element obstaja v obliki posameznih molekul, atomov in ionov ter lahko tvori molekularne oblake, ki se zelo razlikujejo po velikosti, gostoti in temperaturi.

Masni delež vodika v zemeljski skorji je 1%. Je deveti najpogostejši element. Pomen vodika v kemijskih procesih, ki potekajo na Zemlji, je skoraj tako velik kot kisik. Za razliko od kisika, ki obstaja na Zemlji v vezanem in prostem stanju, je skoraj ves vodik na Zemlji v obliki spojin; v ozračju najdemo le zelo majhno količino vodika v obliki enostavne snovi (0,00005 vol. % za suh zrak).

Vodik je prisoten v skoraj vseh organska snov in je prisoten v vseh živih celicah.

Fizikalne lastnosti vodika

Preprosta snov, ki jo tvori kemični element vodik, ima molekularno strukturo. Njegova sestava ustreza formuli H2. Tako kot kemijski element se tudi preprosta snov imenuje vodik.

vodik Je brezbarven plin, vonja in okusa, praktično netopen v vodi. Pri sobni temperaturi in normalni zračni tlak topnost je 18,8 ml plina na 1 liter vode.

vodik- najlažji plin, njegova gostota je 0,08987 g / l. Za primerjavo: gostota zraka je 1,3 g/l.

Vodik se lahko raztopi v kovinah v enem volumnu paladija se lahko na primer raztopi do 850 volumnov vodika. Zaradi izredno majhne velikosti molekul vodik lahko difundira skozi številne materiale.

Tako kot drugi plini vodik nizke temperature kondenzira v brezbarvno bistra tekočina, to se zgodi pri temperaturi 252,8 °C. Ko temperatura doseže -259,2°C, vodik kristalizira v obliki belih kristalov, podobnih snegu.

Za razliko od kisika vodik ne kaže alotropije.

Uporaba vodika

Vodik se uporablja v različne industrije industrija. Veliko vodika gre v proizvodnjo amoniaka (NH3). Iz amoniaka pridobivajo dušikova gnojila, sintetična vlakna in plastiko ter zdravila.

V prehrambeni industriji se vodik uporablja pri proizvodnji margarine, ki vsebuje trde maščobe. Da bi jih pridobili iz tekočih maščob, skozi njih prehaja vodik.

Ko vodik gori v kisiku, je temperatura plamena približno 2500°C. Pri tej temperaturi je mogoče taliti in variti ognjevarne kovine. Tako se vodik uporablja pri varjenju.

Kot raketno gorivo se uporablja mešanica tekočega vodika in kisika.

Trenutno so številne države začele raziskave o zamenjavi neobnovljivih virov energije (nafta, plin, premog) z vodikom. Pri zgorevanju vodika v kisiku nastane okolju prijazen produkt - voda in ne ogljikov dioksid povzroča učinek tople grede.

Znanstveniki kažejo, da je treba začeti sredi XXI stoletja masovna proizvodnja avtomobili na vodik. Gospodinjske gorivne celice, katerih delo temelji tudi na oksidaciji vodika s kisikom, bodo našle široko uporabo.

Konec 19. in v začetku 20. stoletja so ob zori dobe aeronavtike, napolnjene z vodikom Baloni, zračne ladje in balone, saj je veliko lažji od zraka. Vendar pa je obdobje zračnih ladij začelo hitro bledeti v preteklost po katastrofi, ki se je zgodila zračni ladji Hindenburg. 6. maj 1937 cepelin, napolnjen z vodikom, je zajel požar, zaradi česar je umrlo več deset potnikov.

Vodik je v določenih razmerjih s kisikom izjemno eksploziven. Neupoštevanje varnostnih predpisov je povzročilo vžig in eksplozijo zračne ladje.

• vodik- prvi kemični element periodnega sistema kemičnih elementov D.I. Mendelejev
• Vodik se nahaja v skupini I, glavni podskupini, periodi 1 periodnega sistema
• Valenca vodika v spojinah - I
• vodik Brezbarven plin, brez vonja in okusa, praktično netopen v vodi
• vodik- najlažji plin
• Tekoči in trdni vodik nastajata pri nizkih temperaturah
• Vodik se lahko raztopi v kovinah
• Uporaba vodika je raznolika

vodik - poseben element, ki zaseda dve celici hkrati v periodnem sistemu Mendelejeva. Nahaja se v dveh skupinah elementov z nasprotnimi lastnostmi, zaradi česar je edinstven. Vodik je enostavna snov in sestavni del številnih kompleksnih spojin, je organogen in biogen element. Vredno se je podrobno seznaniti z njegovimi glavnimi lastnostmi in lastnostmi.

Vodik v periodnem sistemu Mendelejeva

Glavne lastnosti vodika so navedene v:

• zaporedna številka elementa je 1 (število protonov in elektronov je enako);
• atomska masa je 1,00795;
• vodik ima tri izotope, od katerih ima vsak posebne lastnosti;
• zaradi vsebnosti samo enega elektrona lahko vodik izkazuje redukcijo in oksidativne lastnosti, po oddaji elektrona ima vodik prosto orbitalo, ki sodeluje pri tvorbi kemičnih vezi po donorsko-akceptorskem mehanizmu;
• vodik je lahek element z nizko gostoto;
• vodik je močno redukcijsko sredstvo, odpira skupino alkalijskih kovin v prvi skupini glavne podskupine;
• ko vodik reagira s kovinami in drugimi močnimi redukcijskimi sredstvi, sprejme njihov elektron in postane oksidant. Take spojine imenujemo hidridi. Glede na navedeno lastnost vodik pogojno spada v skupino halogenov (v tabeli je podan nad fluorom v oklepaju), s katerimi ima podobnosti.

Vodik kot enostavna snov

Vodik je plin, katerega molekula je sestavljena iz dveh. To snov je leta 1766 odkril britanski znanstvenik Henry Cavendish. Dokazal je, da je vodik plin, ki ob interakciji s kisikom eksplodira. Po študiju vodika so kemiki ugotovili, da je ta snov najlažja od vseh znanih človeku.

Drugi znanstvenik, Lavoisier, je elementu dal ime "hidrogenij", kar v latinščini pomeni "roditi vodo". Leta 1781 je Henry Cavendish dokazal, da je voda kombinacija kisika in vodika. Z drugimi besedami, voda je produkt reakcije vodika s kisikom. Gorljive lastnosti vodika so poznali že starodavni znanstveniki: ustrezne zapise je zapustil Paracelsus, ki je živel v 16. stoletju.

Molekularni vodik je naravno prisotna plinasta spojina, ki je običajna v naravi in ​​je sestavljena iz dveh atomov in ko se dvigne goreč drobec. Molekula vodika lahko razpade na atome, ki se spremenijo v helijeva jedra, saj lahko sodelujejo v jedrskih reakcijah. Takšni procesi se redno dogajajo v vesolju in na Soncu.

Vodik in njegove fizikalne lastnosti

Vodik ima naslednje fizikalne parametre:

• vre pri -252,76 °C;
• tali se pri -259,14 °C; *v navedenih temperaturnih mejah je vodik tekočina brez vonja in barve;
• vodik je slabo topen v vodi;
• vodik lahko teoretično preide v kovinsko stanje, če ga zagotovimo posebni pogoji(nizke temperature in visok tlak);
• čisti vodik je eksplozivna in gorljiva snov;
• vodik lahko difundira skozi debelino kovin, zato se v njih dobro raztopi;
• vodik je 14,5-krat lažji od zraka;
• pri visok pritisk lahko dobimo snegu podobne kristale trdnega vodika.

Kemijske lastnosti vodika

Laboratorijske metode:

• interakcija razredčenih kislin z aktivnimi kovinami in kovinami srednje aktivnosti;
• hidroliza kovinskih hidridov;
• reakcija z vodo alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin.

Vodikove spojine:

Vodikovi halogenidi; hlapne vodikove spojine nekovin; hidridi; hidroksidi; vodikov hidroksid (voda); vodikov peroksid; organske spojine (beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati, vitamini, lipidi, esencialna olja, hormoni). Kliknite za ogled varnih poskusov o preučevanju lastnosti beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov.

Če želite zbrati nastali vodik, morate epruveto držati obrnjeno na glavo. Vodika ni mogoče zbirati kot ogljikov dioksid, ker je veliko lažji od zraka. Vodik hitro izhlapi, v mešanici z zrakom (ali v veliki akumulaciji) pa eksplodira. Zato je potrebno cev obrniti. Takoj po polnjenju se tuba zapre z gumijastim zamaškom.

Če želite preveriti čistost vodika, morate na vrat epruvete prinesti prižgano vžigalico. Če pride do gluhega in tihega poka, je plin čist, nečistoče zraka pa minimalne. Če je pok glasen in žvižga, je plin v epruveti umazan, vsebuje velik delež tuje komponente.

Pozor! Ne poskušajte sami ponoviti teh poskusov!

Tekočina

vodik(lat. vodik; označen s simbolom H) je prvi element periodnega sistema elementov. Široko razširjen v naravi. Kation (in jedro) najpogostejšega izotopa vodika 1 H je proton. Lastnosti jedra 1H omogočajo široko uporabo NMR spektroskopije pri analizi organskih snovi.

Trije izotopi vodika imajo svoja imena: 1 H - protij (H), 2 H - devterij (D) in 3 H - tritij (radioaktiven) (T).

Preprosta snov vodik - H 2 - je lahek brezbarven plin. V mešanici z zrakom ali kisikom je vnetljiv in eksploziven. Nestrupen. Topen v etanolu in številnih kovinah: železo, nikelj, paladij, platina.

Zgodba

Sprostitev gorljivega plina med interakcijo kislin in kovin so opazili v 16. in XVII stoletja na zori oblikovanja kemije kot znanosti. Tudi Mihail Vasiljevič Lomonosov je neposredno opozoril na njegovo izolacijo, vendar je že jasno ugotovil, da to ni flogiston. Angleški fizik in kemik Henry Cavendish je leta 1766 preučeval ta plin in ga poimenoval "gorljiv zrak". Pri gorenju je "gorljiv zrak" proizvedel vodo, toda Cavendisheva zavezanost teoriji flogistona mu je preprečila pravilne zaključke. Francoski kemik Antoine Lavoisier je skupaj z inženirjem J. Meunierjem leta 1783 s posebnimi plinometri izvedel sintezo vode in nato njeno analizo, pri čemer je vodno paro razgradil z vročim železom. Tako je ugotovil, da je "gorljiv zrak" del vode in ga je mogoče pridobiti iz nje.

izvor imena

Lavoisier je vodiku dal ime hydrogène, kar pomeni »vodonosni«. Rusko ime "vodik" je leta 1824 predlagal kemik M. F. Solovyov - po analogiji s Slomonosovim "kisikom".

Razširjenost

Vodik je najpogostejši element v vesolju. Predstavlja približno 92 % vseh atomov (8 % je atomov helija, delež vseh ostalih elementov skupaj je manj kot 0,1 %). Tako je vodik glavna sestavina zvezd in medzvezdnega plina. V pogojih zvezdnih temperatur (na primer površinska temperatura Sonca je ~ 6000 °C) vodik obstaja v obliki plazme, v medzvezdnem prostoru pa ta element obstaja v obliki posameznih molekul, atomov in ionov ter lahko tvorijo molekularne oblake, ki se bistveno razlikujejo po velikosti, gostoti in temperaturi.

Zemljina skorja in živi organizmi

Masni delež vodika v zemeljski skorji je 1% - to je deseti najpogostejši element. Vendar pa njegova vloga v naravi ni določena z maso, temveč s številom atomov, katerih delež med drugimi elementi je 17% (drugo mesto za kisikom, katerega delež atomov je ~ 52%). Zato je pomen vodika v kemičnih procesih, ki potekajo na Zemlji, skoraj tako velik kot kisik. Za razliko od kisika, ki obstaja na Zemlji v vezanem in prostem stanju, je skoraj ves vodik na Zemlji v obliki spojin; v atmosferi se nahaja le zelo majhna količina vodika v obliki enostavne snovi (0,00005 vol. %).

Vodik je sestavni del skoraj vseh organskih snovi in ​​je prisoten v vseh živih celicah. V živih celicah po številu atomov vodik predstavlja skoraj 50%.

potrdilo o prejemu

Industrijske metode pridobivanja preproste snovi odvisno od oblike, v kateri je ustrezen element v naravi, torej kaj je lahko surovina za njegovo proizvodnjo. Tako dobimo kisik, ki je na voljo v prostem stanju na fizičen način- sprostitev iz tekočega zraka. Po drugi strani pa je vodik skoraj ves v obliki spojin, zato je za njegovo pridobivanje kemične metode. Zlasti se lahko uporabijo reakcije razgradnje. Eden od načinov pridobivanja vodika je reakcija razgradnje vode z električnim tokom.

Glavna industrijska metoda za pridobivanje vodika je reakcija metana, ki je del zemeljskega plina, z vodo. Izvaja se ob visoka temperatura(lahko je preveriti, da pri prehajanju metana tudi skozi vrelo vodo ne pride do nobene reakcije):

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

V laboratoriju za pridobivanje enostavnih snovi ne uporabljamo nujno naravnih surovin, temveč izberemo tiste izhodne snovi, iz katerih je lažje izolirati potrebno snov. Na primer, v laboratoriju kisika ne pridobivamo iz zraka. Enako velja za proizvodnjo vodika. Eden od laboratorijske metode pridobivanje vodika, ki se včasih uporablja v industriji, je razgradnja vode z električnim tokom.

Vodik se običajno proizvaja v laboratoriju z reakcijo cinka s klorovodikovo kislino.

V industriji

1. Elektroliza vodne raztopine soli:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2. Prehajanje vodne pare preko vročega koksa pri temperaturi približno 1000 °C:

H2O+C? H2 + CO

3. Iz zemeljskega plina.

Pretvorba Steam:

CH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 (1000 °C)

Katalitska oksidacija s kisikom:

2CH4 + O2? 2CO + 4H2

4. Kreking in reforming ogljikovodikov v procesu rafiniranja nafte.

V laboratoriju

1.Delovanje razredčenih kislin na kovine. Za izvedbo takšne reakcije se najpogosteje uporabljata cink in razredčena klorovodikova kislina:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Medsebojno delovanje kalcija z vodo:

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3.Hidroliza hidridov:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Delovanje alkalij na cink ali aluminij:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2

Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.S pomočjo elektrolize. Pri elektrolizi vodnih raztopin alkalij ali kislin se na katodi sprošča vodik, na primer:

2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O

Fizične lastnosti

Vodik lahko obstaja v dveh oblikah (modifikacijah) - v obliki orto- in para-vodika. V molekuli ortovodika o-H 2 (tališče -259,10 ° C, vrelišče -252,56 ° C) so jedrski vrtljaji usmerjeni na enak način (vzporedno), medtem ko je paravodik str-H 2 (tališče -259,32 ° C, vrelišče -252,89 ° C) - nasproti drug drugemu (antiparalelno). Ravnotežna mešanica o-H 2 in str-H 2 pri dani temperaturi imenujemo ravnotežni vodik e-H2.

Vodikove modifikacije je mogoče ločiti z adsorpcijo na aktivnem oglju pri temperaturi tekočega dušika. Pri zelo nizkih temperaturah je ravnotežje med ortovodikom in paravodikom skoraj v celoti premaknjeno proti slednjemu. Pri 80 K je razmerje stranic približno 1:1. Desorbirani paravodik se pri segrevanju pretvori v ortovodik do tvorbe ravnotežne zmesi pri sobni temperaturi (orto-para: 75:25). Brez katalizatorja se transformacija odvija počasi (v razmerah medzvezdnega medija - z značilnimi časi do kozmoloških), kar omogoča preučevanje lastnosti posameznih modifikacij.

Vodik je najlažji plin, 14,5-krat lažji od zraka. Očitno je, da manjša kot je masa molekul, večja je njihova hitrost pri isti temperaturi. Kot najlažje se molekule vodika gibljejo hitreje kot molekule katerega koli drugega plina in tako lahko hitreje prenašajo toploto z enega telesa na drugo. Iz tega sledi, da ima vodik največjo toplotno prevodnost med plinastimi snovmi. Njegova toplotna prevodnost je približno sedemkrat višja od prevodnosti zraka.

Molekula vodika je dvoatomna - H 2. V normalnih pogojih je plin brez barve, vonja in okusa. Gostota 0,08987 g/l (n.o.), vrelišče −252,76 °C, specifična zgorevalna toplota 120,9×10 6 J/kg, težko topen v vodi — 18,8 ml/l. Vodik je zelo topen v številnih kovinah (Ni, Pt, Pd itd.), zlasti v paladiju (850 volumnov na 1 volumen Pd). S topnostjo vodika v kovinah je povezana njegova sposobnost difundiranja skozi njih; difuzijo skozi zlitino, ki vsebuje ogljik (na primer jeklo), včasih spremlja uničenje zlitine zaradi interakcije vodika z ogljikom (tako imenovana dekarbonizacija). Praktično netopen v srebru.

tekoči vodik obstaja v zelo ozkem temperaturnem območju od −252,76 do −259,2 °C. Je brezbarvna tekočina, zelo lahka (gostota pri -253 °C 0,0708 g / cm 3) in tekoča (viskoznost pri -253 °C 13,8 stopinj). Kritični parametri vodika so zelo nizki: temperatura -240,2 °C in tlak 12,8 atm. To pojasnjuje težave pri utekočinjanju vodika. IN tekoče stanje ravnotežni vodik je sestavljen iz 99,79 % para-H 2 , 0,21 % orto-H 2 .

Trden vodik, tališče −259,2 °C, gostota 0,0807 g/cm3 (pri −262 °C) — snežna masa, heksagonalni kristali, prostorska skupina P6/mmc, parametri celice a=3,75 c=6,12. Pri visokem tlaku vodik postane kovinski.

izotopi

Vodik se nahaja v tri izotopi, ki imajo posamezna imena: 1 H - protij (H), 2 H - devterij (D), 3 H - tritij (radioaktiven) (T).

Protij in devterij sta stabilna izotopa z masnim številom 1 in 2. Njuna vsebnost v naravi je 99,9885 ± 0,0070 % oziroma 0,0115 ± 0,0070 %. To razmerje se lahko nekoliko razlikuje glede na vir in način pridobivanja vodika.

Vodikov izotop 3 H (tritij) je nestabilen. Njegova razpolovna doba je 12,32 leta. Tritij se v naravi nahaja v zelo majhnih količinah.

V literaturi so tudi podatki o vodikovih izotopih z masnimi števili 4–7 in razpolovnimi dobami 10–22–10–23 s.

Naravni vodik je sestavljen iz molekul H 2 in HD (devterovodika) v razmerju 3200:1. Vsebnost čistega devterijevega vodika D 2 je še manjša. Koncentracijsko razmerje HD in D 2 je približno 6400:1.

Od vseh izotopov kemičnih elementov, fizikalnih in Kemijske lastnosti izotopi vodika se med seboj najbolj razlikujejo. To je posledica največje relativne spremembe mase atomov.

	Temperatura taljenje, K	Temperatura Vreti, K	Trojni pika, K / kPa	kritično pika, K / kPa	Gostota tekočina / plin, kg/m³

Devterij in tritij imata tudi orto in para modifikacije: str-D2, o-D2, str-T2, o-T 2. Heteroizotopni vodik (HD, HT, DT) nima orto in para modifikacij.

Kemijske lastnosti

Delež disociiranih vodikovih molekul

Molekule vodika H 2 so precej močne in za reakcijo vodika je treba porabiti veliko energije:

H 2 \u003d 2H - 432 kJ

Zato pri običajnih temperaturah vodik reagira samo z zelo aktivnimi kovinami, kot je kalcij, in tvori kalcijev hidrid:

Ca + H 2 \u003d CaH 2

in z edino nekovino - fluorom, ki tvori vodikov fluorid:

Vodik reagira z večino kovin in nekovin pri povišanih temperaturah ali pod drugimi vplivi, kot je svetloba:

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

Nekaterim oksidom lahko "odvzame" kisik, na primer:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O

Zapisana enačba odraža redukcijske lastnosti vodika.

N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Tvori vodikove halogenide s halogeni:

F 2 + H 2 → 2HF, reakcija poteka z eksplozijo v temi in pri kateri koli temperaturi,

Cl 2 + H 2 → 2HCl, reakcija poteka z eksplozijo, le na svetlobi.

Pri močnem segrevanju sodeluje s sajami:

C + 2H 2 → CH 4

Interakcija z alkalijskimi in zemeljskoalkalijskimi kovinami

Pri interakciji z aktivnimi kovinami vodik tvori hidride:

2Na + H 2 → 2NaH

Ca + H 2 → CaH 2

Mg + H 2 → MgH 2

hidridi- fiziološka raztopina, trdne snovi, zlahka hidroliziran:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interakcija s kovinskimi oksidi (običajno d-elementi)

Oksidi se reducirajo v kovine:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O

Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogeniranje organskih spojin

Molekularni vodik se pogosto uporablja v organska sinteza obnovitev organske spojine. Ti procesi se imenujejo reakcije hidrogeniranja. Te reakcije potekajo v prisotnosti katalizatorja pri povišan pritisk in temperaturo. Katalizator je lahko homogen (npr. Wilkinsonov katalizator) ali heterogen (npr. Raneyev nikelj, paladij na ogljiku).

Tako zlasti pri katalitičnem hidrogeniranju nenasičenih spojin, kot so alkeni in alkini, nastanejo nasičene spojine, alkani.

Geokemija vodika

Prosti vodik H 2 je v zemeljskih plinih relativno redek, vendar ima v obliki vode izjemno pomembno vlogo v geokemičnih procesih.

Vodik je lahko prisoten v mineralih v obliki amonijevega iona, hidroksilnega iona in kristalne vode.

V atmosferi vodik nenehno nastaja kot posledica razgradnje vode s sončnim sevanjem. Z majhno maso imajo molekule vodika visoko stopnjo difuzijskega gibanja (je blizu druge kozmične hitrosti) in lahko, ko pridejo v zgornje plasti atmosfere, odletijo v vesolje.

Značilnosti kroženja

Vodik, ko se pomeša z zrakom, tvori eksplozivno zmes - tako imenovani eksploziven plin. Ta plin je najbolj eksploziven, če je prostorninsko razmerje vodika in kisika 2:1 oziroma vodika in zraka približno 2:5, saj zrak vsebuje približno 21 % kisika. Vodik je tudi požarna nevarnost. Tekoči vodik lahko povzroči hude ozebline, če pride v stik s kožo.

Eksplozivne koncentracije vodika s kisikom se pojavljajo od 4 % do 96 % prostornine. Pri mešanju z zrakom od 4% do 75(74)% prostornine.

Gospodarstvo

Stroški vodika za velike veleprodajne dostave se gibljejo med 2-5 USD na kg.

Aplikacija

Za varjenje z atomskim vodikom se uporablja atomski vodik.

Kemična industrija

• Pri proizvodnji amoniaka, metanola, mila in plastike
• Pri proizvodnji margarine iz tekočih rastlinskih olj
• Registriran kot aditiv za živila E949(pakirni plin)

prehrambena industrija

Letalska industrija

Vodik je zelo lahek in se vedno dvigne v zrak. Nekoč so zračne ladje in balone polnili z vodikom. Toda v 30. 20. stoletje zgodilo se je več katastrof, med katerimi so zračne ladje eksplodirale in zgorele. Dandanes zračne ladje polnijo s helijem, kljub bistveno višjim stroškom.

Gorivo

Vodik se uporablja kot raketno gorivo.

Potekajo raziskave o uporabi vodika kot goriva za avtomobile in tovornjake. Motorji na vodik ne onesnažujejo okolju in oddaja le vodno paro.

Gorivne celice vodik-kisik uporabljajo vodik za neposredno pretvorbo energije kemijska reakcija v elektriko.

"Tekoči vodik"(»LW«) je tekoče agregatno stanje vodika z nizko specifično težo 0,07 g/cm³ in kriogenimi lastnostmi z zmrziščem 14,01 K (–259,14 °C) in vreliščem 20,28 K (–252,87 °C). Je brezbarvna tekočina brez vonja, ki je v mešanici z zrakom razvrščena kot eksplozivna z območjem vnetljivosti 4-75%. Spinsko razmerje izomerov v tekočem vodiku je: 99,79% - paravodik; 0,21% - ortovodik. Koeficient razteznosti vodika pri spreminjanju agregatno stanje plinasto je 848:1 pri 20°C.

Kot pri vsakem drugem plinu se tudi pri utekočinjenju vodika zmanjša njegova prostornina. Po utekočinjenju se "ZHV" shrani v toplotno izoliranih posodah pod pritiskom. Tekoči vodik tekoči vodik, LH2, LH 2) se pogosto uporablja v industriji kot oblika skladiščenja plina in v vesoljski industriji kot raketno gorivo.

Zgodba

Prvo dokumentirano uporabo umetnega hlajenja leta 1756 je izvedel angleški znanstvenik William Cullen, Gaspard Monge je prvi dobil tekoče stanje žveplovega oksida leta 1784, Michael Faraday je prvi pridobil utekočinjeni amoniak, ameriški izumitelj Oliver Evans je bil prvi, ki je leta 1805 razvil hladilni kompresor, Jacob Perkins je bil prvi, ki je leta 1834 patentiral hladilni stroj, John Gorey pa je bil prvi v ZDA, ki je leta 1851 patentiral klimatsko napravo. Werner Siemens je leta 1857 predlagal koncept regenerativnega hlajenja, Carl Linde je leta 1876 patentiral opremo za proizvodnjo tekočega zraka z uporabo kaskadnega "Joule-Thomsonovega ekspanzijskega učinka" in regenerativnega hlajenja. Leta 1885 je poljski fizik in kemik Zygmund Wroblewski objavil kritična temperatura vodik 33 K, kritični tlak 13,3 atm. in vrelišče pri 23 K. Prvič je vodik utekočinil James Dewar leta 1898 z uporabo regenerativnega hlajenja in njegovega izuma, Dewarjeve posode. Prvo sintezo stabilnega izomera tekočega vodika, paravodika, sta leta 1929 izvedla Paul Harteck in Karl Bonhoeffer.

Spinski izomeri vodika

Vodik pri sobni temperaturi sestoji predvsem iz spinskega izomera, ortovodika. Po proizvodnji je tekoči vodik v metastabilnem stanju in ga je treba pretvoriti v paravodikovo obliko, da bi se izognili eksplozivni eksotermni reakciji, do katere pride, ko se spremeni pri nizkih temperaturah. Pretvorba v paravodikovo fazo se običajno izvede z uporabo katalizatorjev, kot so železov oksid, kromov oksid, Aktivno oglje platiniranega azbesta, redkih zemeljskih kovin ali z uporabo dodatkov urana ali niklja.

Uporaba

Tekoči vodik bi lahko uporabili kot obliko shranjevanja goriva za motorje notranje zgorevanje in gorivne celice. Različne podmornice (projekti "212A" in "214", Nemčija) in koncepti transporta vodika so bili ustvarjeni z uporabo te agregatne oblike vodika (glej na primer "DeepC" ali "BMW H2R"). Zaradi bližine zasnove lahko ustvarjalci opreme na "ZHV" uporabljajo ali samo spreminjajo sisteme, ki uporabljajo utekočinjen zemeljski plin ("LNG"). Zaradi manjše volumetrične energijske gostote pa zgorevanje zahteva večjo prostornino vodika kot zemeljski plin. Če se v batnih motorjih namesto "CNG" uporablja tekoči vodik, je običajno potreben večji sistem za gorivo. Pri neposrednem vbrizgu povečane izgube v sesalnem traktu zmanjšajo polnjenje valjev.

Tekoči vodik se uporablja tudi za hlajenje nevtronov v poskusih sipanja nevtronov. Masi nevtronskega in vodikovega jedra sta skoraj enaki, zato je izmenjava energije pri elastičnem trku najučinkovitejša.

Prednosti

Prednost uporabe vodika je "ničelna emisija" njegove uporabe. Produkt njegove interakcije z zrakom je voda.

Ovire

En liter "ZHV" tehta le 0,07 kg. To pomeni, da je njegova specifična teža 70,99 g/L pri 20 K. Tekoči vodik zahteva tehnologijo kriogenega shranjevanja, kot so posebni toplotno izolirani vsebniki, in zahteva posebno rokovanje, ki je skupno vsem kriogenim materialom. V tem pogledu je blizu tekočemu kisiku, vendar zahteva več pozornosti zaradi nevarnosti požara. Tudi v izoliranih posodah ga je težko vzdrževati pri nizki temperaturi, ki je potrebna, da ostane tekoč (običajno izhlapi s hitrostjo 1 % na dan). Pri ravnanju z njim morate upoštevati tudi običajne varnostne ukrepe pri delu z vodikom – dovolj je hladen, da utekočini zrak, kar je eksplozivno.

Raketno gorivo

Tekoči vodik je običajna sestavina raketnih goriv, ​​ki se uporablja za pospeševanje curkov nosilnih raket in vesoljskih plovil. V večini tekočine raketni motorji ki ga poganja vodik, se najprej uporabi za regenerativno hlajenje šobe in drugih delov motorja, preden se zmeša z oksidantom in sežge za ustvarjanje potiska. Sodobni motorji, ki jih poganja H 2 /O 2 v uporabi, porabljajo mešanico goriva, bogato z vodikom, zaradi česar je v izpuhu nekaj nezgorelega vodika. Poleg povečanja specifičnega impulza motorja z zmanjšanjem molekulske mase se s tem zmanjša tudi erozija šobe in zgorevalne komore.

Takšne ovire za uporabo "ZHV" na drugih področjih, kot sta kriogena narava in nizka gostota, so tudi v tem primeru odvračilni dejavnik za uporabo. Za leto 2009 je samo ena nosilna raketa (LV "Delta-4"), ki je v celoti vodikova raketa. V bistvu se "ZHV" uporablja bodisi na zgornjih stopnjah raket bodisi na blokih, ki opravljajo pomemben del dela izstrelitve tovora v vesolje v vakuumu. Kot eden od ukrepov za povečanje gostote te vrste goriva so predlogi za uporabo vodika, podobnega blatu, to je pol zamrznjene oblike "ZHV".

OPREDELITEV

vodik je prvi element v periodnem sistemu. Oznaka - H iz latinskega "hidrogenija". Nahaja se v prvem obdobju, skupina IA. Nanaša se na nekovine. Jedrski naboj je 1.

Vodik je eden najpogostejših kemičnih elementov - njegov delež je približno 1% mase vseh treh lupin zemeljske skorje (atmosfere, hidrosfere in litosfere), kar preračunano v atomske odstotke da številko 17,0.

Glavna količina tega elementa je v vezano stanje. Voda torej vsebuje približno 11 mas. %, glina - približno 1,5 % itd. V obliki spojin z ogljikom je vodik del nafte, gorljivih naravnih plinov in vseh organizmov.

Vodik je plin brez barve in vonja (diagram zgradbe atoma je prikazan na sliki 1). Njegova tališče in vrelišče sta zelo nizka (-259 o C oziroma -253 o C). Pri temperaturi (-240 o C) in pod pritiskom se vodik lahko utekočini in s hitrim izhlapevanjem nastale tekočine preide v trdno stanje (prozorni kristali). Je rahlo topen v vodi - 2:100 po prostornini. Za vodik je značilna topnost v nekaterih kovinah, na primer v železu.

riž. 1. Zgradba vodikovega atoma.

Atomska in molekulska masa vodika

OPREDELITEV

Relativna atomska masa element je razmerje med maso atoma danega elementa in 1/12 mase ogljikovega atoma.

Relativna atomska masa je brezdimenzijska in jo označujemo z A r (nadpis "r" je začetna črka angleška beseda relative, kar v prevodu pomeni "sorodnik"). Relativna atomska masa atomskega vodika je 1,008 amu.

Mase molekul so tako kot mase atomov izražene v atomskih masnih enotah.

OPREDELITEV

molekularna teža snov imenujemo masa molekule, izražena v atomskih masnih enotah. Relativna molekulska masa snovi imenujemo razmerje med maso molekule dane snovi in ​​1/12 mase ogljikovega atoma, katerega masa je 12 a.m.u.

Znano je, da je molekula vodika dvoatomna - H 2 . Relativna molekulska masa molekule vodika bo enaka:

M r (H 2) \u003d 1,008 × 2 \u003d 2,016.

Izotopi vodika

Vodik ima tri izotope: protij 1 H, devterij 2 H ali D in tritij 3 H ali T. Njihova masna števila so 1, 2 in 3. Protij in devterij sta stabilna, tritij je radioaktiven (razpolovna doba 12,5 let). V naravnih spojinah sta devterij in protij v povprečju vsebovana v razmerju 1:6800 (glede na število atomov). Tritija najdemo v naravi v zanemarljivih količinah.

Jedro vodikovega atoma 1 H vsebuje en proton. Jedra devterija in tritija vključujejo poleg protona še enega in dva nevtrona.

Vodikovi ioni

Vodikov atom lahko odda svoj posamezen elektron, da tvori pozitivni ion (ki je "goli" proton), ali pa doda en elektron in se spremeni v negativni ion, ki ima helijevo elektronsko konfiguracijo.

Za popolno ločitev elektrona od atoma vodika je potrebna poraba zelo velike ionizacijske energije:

H + 315 kcal = H + + e.

Posledično pri interakciji vodika z metaloidi nastanejo ne ionske, ampak samo polarne vezi.

Nagnjenost enega ali drugega nevtralnega atoma, da veže presežek elektrona, je označena z vrednostjo njegove elektronske afinitete. V vodiku je precej šibko izražen (vendar to ne pomeni, da tak vodikov ion ne more obstajati):

H + e \u003d H - + 19 kcal.

Molekula in atom vodika

Molekula vodika je sestavljena iz dveh atomov - H 2 . Tukaj je nekaj lastnosti, ki so značilne za vodikov atom in molekulo:

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

telovadba	Dokažite, da obstajajo hidridi s splošno formulo EN x, ki vsebujejo 12,5% vodika.
rešitev	Izračunajte masi vodika in neznanega elementa tako, da je masa vzorca 100 g: m(H) = m(EN x)×w(H); m(H) = 100 × 0,125 = 12,5 g. m (E) \u003d m (EN x) - m (H); m (E) \u003d 100 - 12,5 \u003d 87,5 g. Poiščemo količino snovi vodika in neznanega elementa, pri čemer molsko maso slednjega označimo kot "x" (molska masa vodika je 1 g / mol):

Vodik (pavs papir iz latinščine: lat. Hydrogenium - hydro = "voda", gen = "ustvarjanje"; hydrogenium - "ustvarjanje vode"; označeno s simbolom H) - prvi element periodnega sistema elementov. Široko razširjen v naravi. Kation (in jedro) najpogostejšega izotopa vodika 1 H je proton. Lastnosti jedra 1H omogočajo široko uporabo NMR spektroskopije pri analizi organskih snovi.

Trije izotopi vodika imajo svoja imena: 1 H - protij (H), 2 H - devterij (D) in 3 H - tritij (radioaktiven) (T).

Preprosta snov vodik - H 2 - je lahek brezbarven plin. V mešanici z zrakom ali kisikom je vnetljiv in eksploziven. Nestrupen. Raztopimo v etanolu in številne kovine: železo, nikelj, paladij, platino.

Zgodba

Sproščanje gorljivega plina med interakcijo kislin in kovin je bilo opaženo v 16. in 17. stoletju na zori oblikovanja kemije kot znanosti. Tudi Mihail Vasiljevič Lomonosov je neposredno opozoril na njegovo izolacijo, vendar je že jasno ugotovil, da to ni flogiston. Angleški fizik in kemik Henry Cavendish je leta 1766 preučeval ta plin in ga poimenoval "gorljiv zrak". Pri gorenju je "gorljiv zrak" proizvedel vodo, toda Cavendisheva zavezanost teoriji flogistona mu je preprečila pravilne zaključke. Francoski kemik Antoine Lavoisier je skupaj z inženirjem J. Meunierjem leta 1783 s posebnimi plinometri izvedel sintezo vode in nato njeno analizo, pri čemer je vodno paro razgradil z vročim železom. Tako je ugotovil, da je "gorljiv zrak" del vode in ga je mogoče pridobiti iz nje.

izvor imena

Lavoisier je dal vodiku ime hydrogène (iz drugega grškega ὕδωρ - voda in γεννάω - rojevam) - "rojevati vodo". Rusko ime "vodik" je leta 1824 predlagal kemik M. F. Solovyov - po analogiji s "kisikom" M. V. Lomonosova.

Razširjenost

V Vesolju
Vodik je najpogostejši element v vesolju. Predstavlja približno 92 % vseh atomov (8 % je atomov helija, delež vseh ostalih elementov skupaj je manj kot 0,1 %). Tako je vodik glavna sestavina zvezd in medzvezdnega plina. V pogojih zvezdnih temperatur (na primer površinska temperatura Sonca je ~ 6000 °C) vodik obstaja v obliki plazme, v medzvezdnem prostoru pa ta element obstaja v obliki posameznih molekul, atomov in ionov ter lahko tvorijo molekularne oblake, ki se bistveno razlikujejo po velikosti, gostoti in temperaturi.

Zemljina skorja in živi organizmi
Masni delež vodika v zemeljski skorji je 1% - to je deseti najpogostejši element. Vendar pa njegova vloga v naravi ni določena z maso, temveč s številom atomov, katerih delež med drugimi elementi je 17% (drugo mesto za kisikom, katerega delež atomov je ~ 52%). Zato je pomen vodika v kemičnih procesih, ki potekajo na Zemlji, skoraj tako velik kot kisik. Za razliko od kisika, ki obstaja na Zemlji v vezanem in prostem stanju, je skoraj ves vodik na Zemlji v obliki spojin; v atmosferi se nahaja le zelo majhna količina vodika v obliki enostavne snovi (0,00005 vol. %).
Vodik je sestavni del skoraj vseh organskih snovi in ​​je prisoten v vseh živih celicah. V živih celicah po številu atomov vodik predstavlja skoraj 50%.

potrdilo o prejemu

Industrijski načini pridobivanja enostavnih snovi so odvisni od oblike, v kateri se ustrezen element nahaja v naravi, to je, kaj je lahko surovina za njegovo proizvodnjo. Torej kisik, ki je na voljo v prostem stanju, pridobimo na fizikalni način – z izolacijo iz tekočega zraka. Skoraj ves vodik je v obliki spojin, zato se za njegovo pridobivanje uporabljajo kemične metode. Zlasti se lahko uporabijo reakcije razgradnje. Eden od načinov pridobivanja vodika je reakcija razgradnje vode z električnim tokom.
Glavna industrijska metoda za pridobivanje vodika je reakcija metana, ki je del zemeljskega plina, z vodo. Izvaja se pri visoki temperaturi:
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Ena od laboratorijskih metod pridobivanja vodika, ki se včasih uporablja v industriji, je razgradnja vode z električnim tokom. Vodik se običajno proizvaja v laboratoriju z reakcijo cinka s klorovodikovo kislino.