Конспект по теме Водород

В О Д О Р О Д

В ПСХЭ находится в 1 периоде, в I и в VII группах (в главных подгруппах):

Н⁰ - 1e^-  H⁺ (пр.окисл.,восст-ль)-сходство со щелочными металлами (поэтому в I гр.)

Н⁰ + 1e^-  H^- (пр.восстановл.,окисл-ль) -сходство с галогенами (поэтому в VII гр.).

Степени окисления: в соединениях [+1] чаще и реже [-1], в простом веществе -0.

В природе: 3 изотопа: ¹Н (протий) -99,985%, ²Н (дейтерий)-0,015%, ³Н (тритий ) -образуется под действием космических лучей, его в природе немного. Водород - космический элемент (в состав космической материи входит 63% Н, 36% Не и 1%- остальные элементы). На Земле водород находится только в связанном виде, т.е. в виде соединений (простых и сложных веществ).

Водород - важнейший биогенный элемент. Биологическое значение водорода определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород. Способность водорода образовывать водородную связь играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплементарности в построении и функциях нуклеиновых кислот (то есть в хранении и реализации генетической информации), вообще в осуществлении «узнавания» на молекулярном уровне. Водород (ион Н⁺) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме - в биологическом окислении, обеспечивающем живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного равновесия и гомеостаза, в процессах мембранного транспорта. Так, наряду с кислородом и углеродом водород образует структурную и функциональную основы явлений жизни.

Водород как простое вещество

Простое вещество - водород - вещество молекулярного строения. Молекула водорода состоит из двух атомов (Н₂). В молекуле атомы связаны ковалентной неполярной связью. (Изобразите схему образования КНС).

Получение:

1) Ме (стоящие до Н₂) + кислота (НCl; разб. H₂SO₄):

Zn + HCl  _________________________ (составьте эл. баланс, и.у.)

2) Металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды (Аl, Zn и др.), + р-р щелочей, например:

2Al + 2NaOH + 6H₂O  2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

тетрагидроксоалюминат натрия

3) Щелочные и щелочно-земельные Ме + Н₂О → образуются щелочь и водород:

Na + H₂O ____________________________ (составьте эл. баланс)

4) Электролиз разбавленных растворов щелочей, серной кислоты, хлоридов щелочных металлов, например: _{электролиз}

2NaCl + 2H₂O  H₂ + Cl₂ + 2NaОН

(на катоде) (на аноде)

5) Конверсия водяного газа: CO + H₂O  CO₂ + H₂

Физические свойства: Н₂ - газ без цвета, запаха, в 14,5 раз легче воздуха. Плохо растворим в воде. Хорошо растворяется в некоторых металлах (палладий, платина, никель).

Химические свойства:

I . С простыми веществами:

1) С кислородом (при поджигании или на платиновом катализаторе):

Н₂ + О₂ _______ (составьте эл.баланс)

Смесь 2V(H₂) и 1V(O₂) называется «гремучий газ».

2) С серой - образуется сероводород:

Н₂ + S  _______ (составьте эл. баланс)

3) С хлором (при поджигании или при облучении газов УФ-светом) - образуется хлороводород:

Н₂ + Cl₂ ________ (составьте эл. баланс)

4) С фтором (при об.у. )- образуется фтороводород:

H₂ + F₂ _______ (составьте эл. баланс)

5) С азотом (при t°; повышенном давлении и в присутствии катализатора) - образуется аммиак:

N₂ + H₂ _______ (составьте эл. баланс)

6) C активными (щелочными или щелочно-земельными) металлами - образуются гидриды:

Na + H₂ __________ (составьте эл. баланс)

Ca + H₂ ___________ (составьте эл. баланс)

Гидриды - нестойкие вещества, разлагаются при действии на них воды:

СаН₂ + 2Н₂О  2Н₂ + Са(ОН)₂

II. Со сложными веществами:

CuO + H₂ Cu + H₂О

2H₂ + CO₂ CH₃OH (метанол)

Применение: В хим. промышленности для получения NH₃ (аммиака), HCl (хлороводорода), CH₃OH (метанола) и др. В пищевой промышленности для получения маргарина. В металлургической промышленности для восстановления цветных металлов из их оксидов. Жидкий водород - ракетное топливо. «Водородная горелка» - для сварки. Перспективное экологически чистое топливо.