Οξείδιο του υδρογόνου: προετοιμασία και ιδιότητες

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Η πιο σημαντική και διαδεδομένη ουσία στον πλανήτη μας είναι φυσικά το νερό. Τι μπορεί να συγκριθεί με αυτό σε σημασία; Είναι γνωστό ότι η ζωή στη Γη έγινε δυνατή μόνο με την έλευση του υγρού. Τι είναι το νερό (οξείδιο του υδρογόνου) από χημική άποψη; Από τι αποτελείται και τι ιδιότητες έχει; Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε αυτό το άρθρο.

Υδρογόνο και οι ενώσεις του

Το ελαφρύτερο άτομο σε ολόκληρο τον περιοδικό πίνακα είναι το υδρογόνο. Επίσης, καταλαμβάνει διπλή θέση, καθώς βρίσκεται τόσο στην υποομάδα των αλογόνων όσο και στην πρώτη ομάδα των αλκαλικών μετάλλων. Τι εξηγεί τέτοια χαρακτηριστικά; Η ηλεκτρονική δομή του κελύφους του ατόμου του. Έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο είναι ελεύθερο να αφήσει και να προσκολλήσει ένα άλλο στον εαυτό του, σχηματίζοντας ένα ζεύγος και ολοκληρώνοντας το εξωτερικό επίπεδο.

Γι' αυτό οι κύριες και μοναδικές καταστάσεις οξείδωσης αυτού του στοιχείου είναι +1 και -1. Αντιδρά εύκολα με μέταλλα, σχηματίζοντας υδρίδια - στερεές μη πτητικές ενώσεις που μοιάζουν με άλατα λευκού χρώματος.

Ωστόσο, το υδρογόνο σχηματίζει επίσης εύκολα πτητικά μόρια ουσιών, αλληλεπιδρώντας με τα μη μέταλλα. Για παράδειγμα:

• υδρόθειο H₂S;
• μεθάνιοCH₄;
• σιλάνιο SiH₄ και άλλα.

Γενικά, το υδρογόνο σχηματίζει πολλές ενώσεις. Ωστόσο, η πιο σημαντική ουσία στην οποία περιλαμβάνεται είναι το οξείδιο του υδρογόνου, ο τύπος του οποίου είναι H₂O. Αυτή είναι η πιο διάσημη ένωση που ακόμη και ένας μαθητής δημοτικού που δεν είναι ακόμη εξοικειωμένος με τη χημεία αναγνωρίζει από τον τύπο. Εξάλλου, το νερό (και αυτό είναι το υψηλότερο οξείδιο του υδρογόνου) δεν είναι μόνο μια κοινή ουσία, αλλά και μια πηγή ζωής στον πλανήτη μας.

Το ίδιο το όνομα του στοιχείου αντικατοπτρίζει την κύρια ουσία του - το υδρογόνο, δηλαδή, "γεννώντας νερό". Όπως κάθε άλλο οξείδιο, αυτό είναι επίσης μια δυαδική ένωση με μια σειρά από φυσικές και χημικές ιδιότητες. Επιπλέον, υπάρχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που διακρίνουν το νερό από όλες τις άλλες ενώσεις.

Επίσης, μια σημαντική κατηγορία ενώσεων που σχηματίζουν υδρογόνο είναι τα οξέα, τόσο οργανικά όσο και μεταλλικά.

Χημικές ιδιότητες του υδρογόνου

Από την άποψη της χημικής δραστηριότητας, το υδρογόνο είναι ένας αρκετά ισχυρός αναγωγικός παράγοντας. Σε πολλές αντιδράσεις, εμφανίζει ακριβώς τέτοιες ιδιότητες. Ωστόσο, όταν αλληλεπιδρά με ακόμη ισχυρότερα μέταλλα, γίνεται οξειδωτικός παράγοντας.

Πολύ σημαντική στη βιομηχανία είναι η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τα οξείδια μετάλλων. Άλλωστε, αυτός είναι ένας από τους τρόπους για να αποκτήσετε το τελευταίο στην πιο αγνή του μορφή. Η υδρογονοθερμία είναι μια μεταλλουργική μέθοδος για τη σύνθεση καθαρών μετάλλων από τα οξείδια τους με αναγωγή με υδρογόνο.

Η αντίδραση του υδρογόνου με το οξείδιο έχει την ακόλουθη γενική μορφή:Me_xO_y + H₂=H₂O + Εγώ.

Φυσικά, αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος για τη σύνθεση καθαρών μετάλλων. Υπάρχουν κι άλλοι. Ωστόσο, η αναγωγή των οξειδίων με το υδρογόνο είναι μια ενεργειακά αρκετά επικερδής και μη περίπλοκη διαδικασία παραγωγής που έχει βρει ευρεία εφαρμογή.

Επίσης ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι όταν αναμιγνύεται με τον αέρα, το αέριο υδρογόνο μπορεί να σχηματίσει ένα εξαιρετικά εκρηκτικό μείγμα. Το όνομά του είναι εκρηκτικό αέριο. Για να γίνει αυτό, η ανάμιξη πρέπει να γίνει με ρυθμό δύο όγκων υδρογόνου ανά ένα οξυγόνο.

Το νερό είναι οξείδιο του υδρογόνου

Το ότι αυτό το οξείδιο είναι πολύ σημαντικό, το έχουμε ήδη αναφέρει αρκετές φορές. Τώρα ας το χαρακτηρίσουμε από άποψη χημείας. Ανήκει πράγματι αυτή η ένωση σε αυτήν την κατηγορία ανόργανων ουσιών;

Για να το κάνει αυτό, θα προσπαθήσει να γράψει τον τύπο λίγο διαφορετικά: H₂O=HON. Η ουσία είναι η ίδια, ο αριθμός των ατόμων είναι ίδιος, ωστόσο τώρα είναι προφανές ότι έχουμε υδροξείδιο μπροστά μας. Τι ιδιότητες πρέπει να έχει; Θεωρήστε τη διάσταση της ένωσης:

NON=H⁺ + OH^-.

Συνεπώς, οι ιδιότητες είναι όξινες, αφού στο διάλυμα υπάρχουν κατιόντα υδρογόνου. Επιπλέον, δεν μπορούν να είναι βασικά, γιατί τα αλκάλια σχηματίζουν μόνο μέταλλα.

Επομένως, ένα άλλο όνομα που έχει οξείδιο του υδρογόνου είναι ένα οξύ που περιέχει οξυγόνο της απλούστερης σύνθεσης. Δεδομένου ότι τέτοιες πολύπλοκες διαπλοκές είναι χαρακτηριστικές για ένα δεδομένο μόριο, επομένως, οι ιδιότητές του θα είναι ιδιαίτερες. Και οι ιδιότητες απωθούνται απότη δομή του μορίου, οπότε θα την αναλύσουμε.

Η δομή του μορίου του νερού

Για πρώτη φορά, ο Niels Bohr σκέφτηκε αυτό το μοντέλο και κατέχει την πρωτοκαθεδρία και την πατρότητα σε αυτό το θέμα. Εγκατέστησαν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά.

1. Το μόριο του νερού είναι δίπολο, καθώς τα στοιχεία που το αποτελούν διαφέρουν πολύ ως προς την ηλεκτραρνητικότητα.
2. Το τριγωνικό του σχήμα, υδρογόνα στη βάση και οξυγόνο στην κορυφή.
3. Λόγω αυτής της δομής, αυτή η ουσία είναι σε θέση να σχηματίσει δεσμούς υδρογόνου, τόσο μεταξύ μορίων με το ίδιο όνομα, όσο και με άλλες ενώσεις που έχουν ένα έντονα ηλεκτραρνητικό στοιχείο στη σύνθεσή τους.

Δείτε πώς φαίνεται σχηματικά το εν λόγω οξείδιο του υδρογόνου στην παρακάτω φωτογραφία.

Φυσικές ιδιότητες του οξειδίου του υδρογόνου

Μπορούν να αναγνωριστούν αρκετά κύρια χαρακτηριστικά.

1. Κατάσταση συσσωμάτωσης: αέριο - ατμός, υγρό, στερεό - χιόνι, πάγος.
2. Σημείο βρασμού - 100⁰C (99, 974).
3. Σημείο τήξης - 0⁰C.
4. Το νερό μπορεί να συρρικνωθεί όταν θερμαίνεται στο εύρος θερμοκρασίας από 0-4⁰C. Αυτό εξηγεί τον σχηματισμό πάγου στην επιφάνεια, ο οποίος έχει μικρότερη πυκνότητα και τη διατήρηση της ζωής κάτω από το πάχος του οξειδίου του υδρογόνου.
5. Υψηλή θερμοχωρητικότητα αλλά πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα.
6. Σε υγρή κατάσταση, το οξείδιο του υδρογόνου παρουσιάζει ιξώδες.
7. Επιφανειακή τάση και σχηματισμός αρνητικούηλεκτρικό δυναμικό στην επιφάνεια του νερού.

Όπως σημειώσαμε παραπάνω, τα χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων εξαρτώνται από τη δομή. Οποτε εδω. Η ικανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου έχει οδηγήσει σε παρόμοια χαρακτηριστικά αυτής της ένωσης.

Οξείδιο του υδρογόνου: χημικές ιδιότητες

Από την άποψη της χημείας, η δραστηριότητα του νερού είναι αρκετά υψηλή. Ειδικά όταν πρόκειται για αντιδράσεις που συνοδεύονται από θέρμανση. Με τι μπορεί να αντιδράσει το οξείδιο του υδρογόνου;

1. Με μέταλλα, που σε μια σειρά τάσεων είναι μέχρι υδρογόνου. Ταυτόχρονα, με το πιο ενεργό (μέχρι αλουμίνιο), δεν χρειάζονται ειδικές συνθήκες και όσοι έχουν μικρότερη αναγωγική ικανότητα αντιδρούν μόνο με ατμό. Εκείνοι που βρίσκονται πίσω από το υδρογόνο δεν είναι καθόλου ικανοί να εισέλθουν σε τέτοιες αλληλεπιδράσεις.
2. Με αμέταλλα. Όχι με όλους, αλλά με την πλειοψηφία. Για παράδειγμα, σε μια ατμόσφαιρα φθορίου, το νερό καίγεται με μια βιολετί φλόγα. Είναι επίσης δυνατή η αντίδραση με χλώριο, άνθρακα, πυρίτιο και άλλα άτομα.
3. Με οξείδια μετάλλων (βασικά) και όξινα (μη μέταλλα). Σχηματίζονται αλκάλια και οξέα, αντίστοιχα. Μεταξύ των μετάλλων, οι εκπρόσωποι των δύο πρώτων ομάδων των κύριων υποομάδων είναι ικανοί για τέτοιες αντιδράσεις, εκτός από το μαγνήσιο και το βηρύλλιο. Τα αμέταλλα που σχηματίζουν όξινα οξείδια αλληλεπιδρούν όλα με το νερό. Η εξαίρεση είναι η άμμος του ποταμού - SiO₂.

Η εξίσωση αντίδρασης για το οξείδιο του υδρογόνου είναι ως παράδειγμα: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Απλώστε στη φύση

Έχουμε ήδη ανακαλύψει ότι αυτή η ουσία -το πιο διαδεδομένο στον κόσμο. Ας υποδηλώσουμε το ποσοστό σε αντικείμενα.

1. Περίπου το 70% του σωματικού βάρους των ανθρώπων και των θηλαστικών. Κάποια πανίδα είναι περίπου 98% οξείδιο του υδρογόνου (μέδουσες).
2. 71% της Γης καλύπτεται με νερό.
3. Η μεγαλύτερη μάζα είναι το νερό των ωκεανών.
4. Περίπου 2% βρίσκεται σε παγετώνες.
5. 0, 63% υπόγειο.
6. 0,001% είναι ατμοσφαιρικό (ομίχλη).
7. Το σώμα των φυτών αποτελείται κατά 50% από νερό, ορισμένα είδη ακόμη περισσότερο.
8. Πολλές ενώσεις εμφανίζονται ως κρυσταλλικές ένυδρες ενώσεις που περιέχουν δεσμευμένο νερό.

Αυτή η λίστα μπορεί να συνεχιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, γιατί είναι δύσκολο να θυμηθείς οτιδήποτε δεν περιλαμβάνει νερό ή κάποτε δεν περιλάμβανε νερό. Ή σχηματίζεται χωρίς τη συμμετοχή αυτού του οξειδίου.

Μέθοδοι απόκτησης

Η απόκτηση οξειδίου του υδρογόνου δεν έχει βιομηχανική αξία. Εξάλλου, είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιήσετε έτοιμες πηγές - ποτάμια, λίμνες και άλλα υδάτινα σώματα παρά να ξοδέψετε τεράστια ποσότητα ενέργειας και αντιδραστηρίων. Επομένως, στο εργαστήριο, ενδείκνυται μόνο η λήψη απεσταγμένου, υψηλής καθαρότητας νερού.

Για αυτούς τους σκοπούς, χρησιμοποιούνται ορισμένες συσκευές, όπως κύβοι απόσταξης. Αυτό το νερό είναι απαραίτητο για την πραγματοποίηση πολλών χημικών αλληλεπιδράσεων, καθώς το μη επεξεργασμένο νερό περιέχει μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών, αλάτων, ιόντων.

Βιολογικός ρόλος

Το να πούμε ότι το νερό χρησιμοποιείται παντού είναι υποτιμητικό. Είναι αδιανόητο να φανταστείς τη ζωή σου χωρίς αυτή τη σύνδεση. Από τοτο πρωί και μέχρι το βράδυ, το άτομο το χρησιμοποιεί συνεχώς τόσο για οικιακούς όσο και για βιομηχανικούς σκοπούς.

Οι ιδιότητες του οξειδίου του υδρογόνου σημαίνουν τη χρήση του ως γενικού διαλύτη. Και όχι μόνο στο εργαστήριο. Αλλά και σε ζωντανά όντα, όπου πραγματοποιούνται χιλιάδες βιοχημικές αντιδράσεις κάθε δευτερόλεπτο.

Επίσης, το ίδιο το νερό συμμετέχει σε πολλές συνθέσεις, χρησιμεύει επίσης ως υποπροϊόν που προκύπτει από αυτές. Κάθε άνθρωπος στη Γη περνά μέσα από περίπου 50 τόνους αυτής της εκπληκτικής ουσίας σε 60 χρόνια!

Οξείδιο του υδρογόνου που χρησιμοποιείται:

• σε όλους τους κλάδους;
• medicine;
• χημικές συνθέσεις;
• σε όλους τους τύπους βιομηχανιών;
• οικιακές ανάγκες;
• γεωργία.

Είναι δύσκολο να ορίσεις έναν τομέα της ζωής στον οποίο μπορείς να κάνεις χωρίς νερό. Τα μόνα έμβια όντα που δεν έχουν οξείδιο του υδρογόνου στη σύνθεσή τους και ζουν χωρίς αυτό είναι οι ιοί. Γι' αυτό είναι δύσκολο για ένα άτομο να πολεμήσει αυτούς τους οργανισμούς.