Propiedades químicas del hidrógeno: características y aplicaciones. Hidrógeno. Propiedades físicas y químicas, obteniendo En la interacción de qué sustancias se forma hidrógeno.

El hidrógeno es un gas, es él quien ocupa el primer lugar en el sistema periódico. El nombre de este elemento muy extendido en la naturaleza, traducido del latín, significa "dar a luz agua". Entonces, ¿qué propiedades físicas y químicas del hidrógeno conocemos?

Hidrógeno: información general

En condiciones normales, el hidrógeno no tiene sabor, ni olor, ni color.

Arroz. 1. La fórmula del hidrógeno.

Dado que el átomo tiene un nivel electrónico de energía, que puede contener un máximo de dos electrones, entonces para un estado estable, el átomo puede aceptar un electrón (estado de oxidación -1) o donar un electrón (estado de oxidación +1), mostrando un valencia constante I Es por eso que el símbolo del elemento hidrógeno se coloca no solo en el grupo IA (el subgrupo principal del grupo I) junto con los metales alcalinos, sino también en el grupo VIIA (el subgrupo principal del grupo VII) junto con los halógenos. Los átomos de halógeno también carecen de un electrón para llenar el nivel exterior y, como el hidrógeno, son no metales. El hidrógeno exhibe un estado de oxidación positivo en compuestos donde está asociado con elementos no metálicos más electronegativos y un estado de oxidación negativo en compuestos con metales.

Arroz. 2. Ubicación del hidrógeno en el sistema periódico.

El hidrógeno tiene tres isótopos, cada uno de los cuales tiene su propio nombre: protio, deuterio, tritio. La cantidad de este último en la Tierra es insignificante.

Propiedades químicas del hidrógeno.

En una sustancia simple H 2, el enlace entre los átomos es fuerte (la energía de enlace es de 436 kJ/mol), por lo que la actividad del hidrógeno molecular es baja. En condiciones normales, interactúa solo con metales muy activos, y el único no metal con el que reacciona el hidrógeno es el flúor:

F 2 + H 2 \u003d 2HF (fluoruro de hidrógeno)

El hidrógeno reacciona con otras sustancias simples (metales y no metales) y complejas (óxidos, compuestos orgánicos indefinidos) ya sea por irradiación y aumento de temperatura, o en presencia de un catalizador.

El hidrógeno se quema en oxígeno con la liberación de una cantidad significativa de calor:

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

Una mezcla de hidrógeno y oxígeno (2 volúmenes de hidrógeno y 1 volumen de oxígeno) explota violentamente cuando se enciende y, por lo tanto, se denomina gas detonante. Cuando se trabaja con hidrógeno, se deben observar las normas de seguridad.

Arroz. 3. Gas explosivo.

En presencia de catalizadores, el gas puede reaccionar con nitrógeno:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

- por esta reacción a temperaturas y presiones elevadas, se obtiene amoníaco en la industria.

A altas temperaturas, el hidrógeno puede reaccionar con azufre, selenio y telurio. y al interactuar con metales alcalinos y alcalinotérreos se forman hidruros: 4.3. Calificaciones totales recibidas: 152.

El átomo de hidrógeno tiene la fórmula electrónica del (y único) nivel electrónico externo 1 s una . Por un lado, por la presencia de un electrón en el nivel electrónico exterior, el átomo de hidrógeno es similar a los átomos de metales alcalinos. Sin embargo, al igual que los halógenos, solo le falta un electrón para llenar el nivel electrónico externo, ya que no se pueden ubicar más de 2 electrones en el primer nivel electrónico. Resulta que el hidrógeno se puede colocar simultáneamente tanto en el primer como en el penúltimo (séptimo) grupo de la tabla periódica, lo que a veces se hace en varias versiones del sistema periódico:

Sin embargo, desde el punto de vista de las propiedades del hidrógeno como sustancia simple, tiene más en común con los halógenos. El hidrógeno, al igual que los halógenos, es un no metal y forma moléculas diatómicas (H 2 ) de manera similar a ellos.

En condiciones normales, el hidrógeno es una sustancia gaseosa e inactiva. La baja actividad del hidrógeno se explica por la alta fuerza del enlace entre los átomos de hidrógeno en la molécula, que requiere un fuerte calentamiento o el uso de catalizadores, o ambos al mismo tiempo, para romperlo.

Interacción del hidrógeno con sustancias simples.

con metales

¡De los metales, el hidrógeno reacciona solo con álcalis y alcalinotérreos! Los metales alcalinos incluyen los metales del subgrupo principal del grupo I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), y los metales alcalinotérreos son los metales del subgrupo principal del grupo II, excepto el berilio y el magnesio (Ca, Sr, Ba , Ra)

Cuando interactúa con metales activos, el hidrógeno exhibe propiedades oxidantes, es decir, disminuye su estado de oxidación. En este caso, se forman hidruros de metales alcalinos y alcalinotérreos, que tienen una estructura iónica. La reacción procede cuando se calienta:

Cabe señalar que la interacción con metales activos es el único caso cuando el hidrógeno molecular H2 es un agente oxidante.

con no metales

¡De los no metales, el hidrógeno reacciona solo con carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre, selenio y halógenos!

El carbono debe entenderse como grafito o carbono amorfo, ya que el diamante es una modificación alotrópica extremadamente inerte del carbono.

Al interactuar con los no metales, el hidrógeno solo puede realizar la función de un agente reductor, es decir, solo puede aumentar su estado de oxidación:

Interacción del hidrógeno con sustancias complejas

con óxidos metálicos

El hidrógeno no reacciona con los óxidos metálicos que están en la serie de actividad de los metales hasta el aluminio (inclusive), sin embargo, es capaz de reducir muchos óxidos metálicos a la derecha del aluminio cuando se calienta:

con óxidos no metálicos

De los óxidos no metálicos, el hidrógeno reacciona cuando se calienta con óxidos de nitrógeno, halógenos y carbono. De todas las interacciones del hidrógeno con los óxidos no metálicos, cabe destacar especialmente su reacción con el monóxido de carbono CO.

La mezcla de CO y H 2 incluso tiene su propio nombre: "gas de síntesis", ya que, según las condiciones, se pueden obtener productos industriales tan demandados como metanol, formaldehído e incluso hidrocarburos sintéticos:

con ácidos

¡El hidrógeno no reacciona con los ácidos inorgánicos!

De los ácidos orgánicos, el hidrógeno reacciona únicamente con ácidos insaturados, así como con ácidos que contienen grupos funcionales que pueden ser reducidos por hidrógeno, en particular grupos aldehído, ceto o nitro.

con sales

En el caso de soluciones acuosas de sales, no se produce su interacción con el hidrógeno. Sin embargo, cuando se hace pasar hidrógeno sobre sales sólidas de algunos metales de media y baja actividad, es posible su reducción parcial o total, por ejemplo:

Propiedades químicas de los halógenos.

Los halógenos son los elementos químicos del grupo VIIA (F, Cl, Br, I, At), así como las sustancias simples que forman. En lo sucesivo, salvo que se indique lo contrario, se entenderá por halógenos sustancias simples.

Todos los halógenos tienen una estructura molecular, lo que conduce a puntos de fusión y ebullición bajos de estas sustancias. Las moléculas de halógeno son diatómicas, es decir, su fórmula se puede escribir en forma general como Hal 2 .

Cabe señalar una propiedad física tan específica del yodo como su capacidad para sublimación o, en otras palabras, sublimación. sublimación, llaman al fenómeno en el que una sustancia en estado sólido no se derrite cuando se calienta, sino que, sin pasar por la fase líquida, pasa inmediatamente al estado gaseoso.

La estructura electrónica del nivel de energía externa de un átomo de cualquier halógeno tiene la forma ns 2 np 5, donde n es el número del período de la tabla periódica en el que se encuentra el halógeno. Como puede ver, solo falta un electrón en la capa exterior de ocho electrones de los átomos de halógeno. De esto es lógico suponer las propiedades predominantemente oxidantes de los halógenos libres, lo que también se confirma en la práctica. Como saben, la electronegatividad de los no metales disminuye al descender en el subgrupo y, por lo tanto, la actividad de los halógenos disminuye en la serie:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2

Interacción de halógenos con sustancias simples.

Todos los halógenos son altamente reactivos y reaccionan con la mayoría de las sustancias simples. Sin embargo, cabe señalar que el flúor, debido a su altísima reactividad, puede reaccionar incluso con aquellas sustancias simples con las que otros halógenos no pueden reaccionar. Tales sustancias simples incluyen oxígeno, carbono (diamante), nitrógeno, platino, oro y algunos gases nobles (xenón y criptón). Aquellos. en realidad, el flúor no reacciona sólo con algunos gases nobles.

Los halógenos restantes, es decir, el cloro, el bromo y el yodo también son sustancias activas, pero menos activas que el flúor. Reaccionan con casi todas las sustancias simples excepto con oxígeno, nitrógeno, carbono en forma de diamante, platino, oro y gases nobles.

Interacción de halógenos con no metales.

hidrógeno

Todos los halógenos reaccionan con hidrógeno para formar haluros de hidrogeno con la fórmula general HHal. Al mismo tiempo, la reacción del flúor con el hidrógeno comienza espontáneamente incluso en la oscuridad y continúa con una explosión de acuerdo con la ecuación:

La reacción del cloro con el hidrógeno puede iniciarse mediante intensa irradiación ultravioleta o calentamiento. También fugas con una explosión:

El bromo y el yodo reaccionan con el hidrógeno solo cuando se calientan y, al mismo tiempo, la reacción con el yodo es reversible:

fósforo

La interacción del flúor con el fósforo conduce a la oxidación del fósforo al estado de oxidación más alto (+5). En este caso, se produce la formación de pentafluoruro de fósforo:

Cuando el cloro y el bromo interactúan con el fósforo, es posible obtener haluros de fósforo tanto en el estado de oxidación + 3 como en el estado de oxidación + 5, lo que depende de las proporciones de los reactivos:

En el caso del fósforo blanco en atmósfera de flúor, cloro o bromo líquido, la reacción se inicia espontáneamente.

La interacción del fósforo con el yodo puede conducir a la formación de solo triyoduro de fósforo debido a una capacidad oxidante significativamente menor que otros halógenos:

gris

El flúor oxida el azufre al estado de oxidación más alto +6, formando hexafluoruro de azufre:

El cloro y el bromo reaccionan con el azufre, formando compuestos que contienen azufre en estados de oxidación que son extremadamente inusuales para él +1 y +2. Estas interacciones son muy específicas, y para aprobar el examen de química, no es necesaria la capacidad de escribir las ecuaciones de estas interacciones. Por lo tanto, las siguientes tres ecuaciones se dan más bien como guía:

Interacción de halógenos con metales.

Como se mencionó anteriormente, el flúor puede reaccionar con todos los metales, incluso con los inactivos como el platino y el oro:

Los halógenos restantes reaccionan con todos los metales excepto el platino y el oro:

Reacciones de halógenos con sustancias complejas.

Reacciones de sustitución con halógenos

Halógenos más activos, es decir, cuyos elementos químicos se encuentran más arriba en la tabla periódica, pueden desplazar a los halógenos menos activos de los ácidos hidrohálicos y los haluros metálicos que forman:

De manera similar, el bromo y el yodo desplazan el azufre de las soluciones de sulfuros o sulfuro de hidrógeno:

El cloro es un agente oxidante más fuerte y oxida el sulfuro de hidrógeno en su solución acuosa no a azufre, sino a ácido sulfúrico:

Interacción de los halógenos con el agua.

El agua arde en flúor con una llama azul de acuerdo con la ecuación de reacción:

El bromo y el cloro reaccionan de manera diferente con el agua que el flúor. Si el flúor actuaba como agente oxidante, entonces el cloro y el bromo se desproporcionaban en el agua, formando una mezcla de ácidos. En este caso, las reacciones son reversibles:

La interacción del yodo con el agua ocurre en un grado tan insignificante que puede despreciarse y considerarse que la reacción no ocurre en absoluto.

Interacción de halógenos con soluciones alcalinas.

El flúor, al interactuar con una solución acuosa de álcali, nuevamente actúa como un agente oxidante:

No se requiere la capacidad de escribir esta ecuación para aprobar el examen. Basta con conocer el hecho de la posibilidad de tal interacción y el papel oxidante del flúor en esta reacción.

A diferencia del flúor, los halógenos restantes se desproporcionan en soluciones alcalinas, es decir, aumentan y disminuyen simultáneamente su estado de oxidación. Al mismo tiempo, en el caso del cloro y el bromo, dependiendo de la temperatura, es posible el flujo en dos direcciones diferentes. En particular, en frío, las reacciones se desarrollan de la siguiente manera:

y cuando se calienta:

El yodo reacciona con los álcalis exclusivamente según la segunda opción, es decir con la formación de yodato, porque el hipoyodito es inestable no solo cuando se calienta, sino también a temperaturas normales e incluso en frío.

DEFINICIÓN

Hidrógeno- el primer elemento del sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev. El símbolo es N.

Masa atómica - 1 a.m.u. La molécula de hidrógeno es diatómica - H 2.

La configuración electrónica del átomo de hidrógeno es 1s 1. El hidrógeno pertenece a la familia de los elementos s. En sus compuestos presenta estados de oxidación -1, 0, +1. El hidrógeno natural consta de dos isótopos estables: protio 1 H (99,98 %) y deuterio 2 H (D) (0,015 %) y un isótopo radiactivo de tritio 3 H (T) (cantidades traza, vida media: 12,5 años).

Propiedades químicas del hidrógeno.

En condiciones normales, el hidrógeno molecular exhibe una reactividad relativamente baja, lo que se explica por la alta fuerza de enlace en la molécula. Cuando se calienta, interactúa con casi todas las sustancias simples formadas por elementos de los principales subgrupos (excepto los gases nobles, B, Si, P, Al). En las reacciones químicas, puede actuar como agente reductor (más a menudo) y como agente oxidante (con menos frecuencia).

Manifiestos de hidrógeno propiedades del agente reductor(H 2 0 -2e → 2H +) en las siguientes reacciones:

1. Reacciones de interacción con sustancias simples - no metales. El hidrógeno reacciona con halógenos, además, la reacción de interacción con flúor en condiciones normales, en la oscuridad, con una explosión, con cloro, bajo iluminación (o radiación UV) por un mecanismo en cadena, con bromo y yodo solo cuando se calienta; oxígeno(una mezcla de oxígeno e hidrógeno en una proporción de volumen de 2:1 se llama "gas explosivo"), gris, nitrógeno y carbón:

H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);

H 2 + S \u003d H 2 S (t \u003d 150 - 300C);

3H2 + N2 ↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).

2. Reacciones de interacción con sustancias complejas. El hidrógeno reacciona con óxidos de metales de baja actividad, y es capaz de reducir solo los metales que están en la serie de actividad a la derecha del zinc:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (t);

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);

WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O (t).

El hidrógeno reacciona con óxidos no metálicos:

H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 - 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).

El hidrógeno entra en reacciones de hidrogenación con compuestos orgánicos de la clase de los cicloalcanos, alquenos, arenos, aldehídos y cetonas, etc. Todas estas reacciones se realizan bajo calentamiento, bajo presión, se utiliza platino o níquel como catalizadores:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;

C 6 H 6 + 3H 2 ↔ C 6 H 12;

C 3 H 6 + H 2 ↔ C 3 H 8;

CH3CHO + H2 ↔ CH3-CH2-OH;

CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3.

Hidrógeno como agente oxidante(H 2 + 2e → 2H -) actúa en reacciones con metales alcalinos y alcalinotérreos. En este caso, se forman hidruros, compuestos iónicos cristalinos en los que el hidrógeno presenta un estado de oxidación de -1.

2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p).

Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

Propiedades físicas del hidrógeno

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, de densidad n.o. - 0,09 g/l, 14,5 veces más ligero que el aire, t bale = -252,8C, t pl = -259,2C. El hidrógeno es poco soluble en agua y disolventes orgánicos, es muy soluble en algunos metales: níquel, paladio, platino.

Según la cosmoquímica moderna, el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. La principal forma de existencia del hidrógeno en el espacio exterior son los átomos individuales. El hidrógeno es el noveno elemento más abundante en la Tierra. La cantidad principal de hidrógeno en la Tierra se encuentra en un estado ligado: en la composición del agua, el petróleo, el gas natural, el carbón, etc. En forma de una sustancia simple, el hidrógeno rara vez se encuentra en la composición de los gases volcánicos.

Obtener hidrogeno

Existen métodos industriales y de laboratorio para producir hidrógeno. Los métodos de laboratorio incluyen la interacción de metales con ácidos (1), así como la interacción del aluminio con soluciones acuosas de álcalis (2). Entre los métodos industriales para producir hidrógeno, la electrólisis de soluciones acuosas de álcalis y sales (3) y la conversión de metano (4) juegan un papel importante:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1);

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na +3 H2 (2);

2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

Ejercicio	Al interactuar 23,8 g de estaño metálico con un exceso de ácido clorhídrico, se libera hidrógeno en cantidad suficiente para obtener 12,8 g de cobre metálico Determinar el grado de oxidación del estaño en el compuesto resultante.
Solución	Con base en la estructura electrónica del átomo de estaño (...5s 2 5p 2), podemos concluir que el estaño se caracteriza por dos estados de oxidación: +2, +4. En base a esto, compondremos las ecuaciones de posibles reacciones: Sn + 2HCl = H2 + SnCl2 (1); Sn + 4HCl = 2H2 + SnCl4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3). Encuentre la cantidad de sustancia de cobre: v (Cu) \u003d m (Cu) / M (Cu) \u003d 12,8 / 64 \u003d 0,2 mol. De acuerdo con la ecuación 3, la cantidad de sustancia de hidrógeno: v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 mol. Conociendo la masa de estaño, encontramos su cantidad de sustancia: v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) \u003d 23,8 / 119 \u003d 0,2 mol. Comparemos las cantidades de sustancias de estaño e hidrógeno según las ecuaciones 1 y 2 y según la condición del problema: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (ecuación 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (ecuación 2); v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (condición del problema). Por tanto, el estaño reacciona con el ácido clorhídrico según la ecuación 1 y el estado de oxidación del estaño es +2.
Responder	El estado de oxidación del estaño es +2.

EJEMPLO 2

Ejercicio	El gas liberado por la acción de 2,0 g de zinc por 18,7 ml de ácido clorhídrico al 14,6% (densidad de la solución 1,07 g/ml) se pasó por calentamiento sobre 4,0 g de óxido de cobre (II). ¿Cuál es la masa de la mezcla sólida resultante?
Solución	Cuando el zinc reacciona con el ácido clorhídrico, se libera hidrógeno: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), que, cuando se calienta, reduce el óxido de cobre (II) a cobre (2): CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. Encuentre la cantidad de sustancias en la primera reacción: m (p-ra Hcl) = 18,7. 1,07 = 20,0 g; m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g; v (HCl) \u003d 2.92 / 36.5 \u003d 0.08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. El zinc es deficiente, por lo que la cantidad de hidrógeno liberado es: v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0.031 mol. En la segunda reacción, el hidrógeno es deficiente porque: v (CuO) \u003d 4.0 / 80 \u003d 0.05 mol. Como resultado de la reacción, 0,031 mol de CuO se convertirán en 0,031 mol de Cu y la pérdida de masa será: m (СuО) - m (Сu) \u003d 0.031 × 80 - 0.031 × 64 \u003d 0.50 g. La masa de la mezcla sólida de CuO con Cu después de pasar hidrógeno será: 4,0-0,5 = 3,5 g
Responder	La masa de la mezcla sólida de CuO con Cu es de 3,5 g.

En el sistema periódico, tiene su propia posición específica, que refleja las propiedades que exhibe y habla de su estructura electrónica. Sin embargo, entre todos hay un átomo especial que ocupa dos celdas a la vez. Se encuentra en dos grupos de elementos que son completamente opuestos en sus propiedades manifestadas. Esto es hidrógeno. Estas características lo hacen único.

El hidrógeno no es solo un elemento, sino también una sustancia simple, así como una parte integral de muchos compuestos complejos, un elemento biogénico y organogénico. Por lo tanto, consideramos sus características y propiedades con más detalle.

El hidrógeno como elemento químico.

El hidrógeno es un elemento del primer grupo del subgrupo principal, así como el séptimo grupo del subgrupo principal en el primer período pequeño. Este período consta de solo dos átomos: el helio y el elemento que estamos considerando. Describamos las características principales de la posición del hidrógeno en el sistema periódico.

1. El número de serie del hidrógeno es 1, el número de electrones es el mismo, respectivamente, el número de protones es el mismo. La masa atómica es 1.00795. Hay tres isótopos de este elemento con números de masa 1, 2, 3. Sin embargo, las propiedades de cada uno de ellos son muy diferentes, ya que un aumento de masa incluso en uno para el hidrógeno es inmediatamente el doble.
2. El hecho de que contenga solo un electrón en el exterior le permite exhibir con éxito propiedades tanto oxidantes como reductoras. Además, tras la donación de un electrón, éste permanece como un orbital libre, que participa en la formación de enlaces químicos según el mecanismo donador-aceptor.
3. El hidrógeno es un fuerte agente reductor. Por lo tanto, el primer grupo del subgrupo principal se considera su lugar principal, donde lleva los metales más activos: los álcalis.
4. Sin embargo, al interactuar con agentes reductores fuertes, como por ejemplo metales, también puede ser un agente oxidante, aceptando un electrón. Estos compuestos se llaman hidruros. En base a ello, encabeza el subgrupo de los halógenos, con los que se asemeja.
5. Debido a su masa atómica muy pequeña, el hidrógeno se considera el elemento más ligero. Además, su densidad también es muy baja, por lo que también es el referente de ligereza.

Por lo tanto, es obvio que el átomo de hidrógeno es completamente único, a diferencia de todos los demás elementos. En consecuencia, sus propiedades también son especiales, y las sustancias simples y complejas que se forman son muy importantes. Considerémoslos más a fondo.

sustancia simple

Si hablamos de este elemento como molécula, entonces debemos decir que es diatómico. Es decir, el hidrógeno (una sustancia simple) es un gas. Su fórmula empírica se escribirá como H 2, y la gráfica, a través de un enlace sigma simple H-H. El mecanismo de formación de enlaces entre átomos es covalente no polar.

1. Reformado con vapor de metano.
2. Gasificación del carbón: el proceso consiste en calentar el carbón a 1000 0 C, lo que da como resultado la formación de hidrógeno y carbón con alto contenido de carbono.
3. Electrólisis. Este método solo se puede utilizar para soluciones acuosas de varias sales, ya que los fundidos no conducen a la descarga de agua en el cátodo.

Métodos de laboratorio para producir hidrógeno:

1. Hidrólisis de hidruros metálicos.
2. La acción de los ácidos diluidos sobre los metales activos y de media actividad.
3. Interacción de metales alcalinos y alcalinotérreos con el agua.

Para recoger el hidrógeno resultante, es necesario mantener el tubo de ensayo boca abajo. Después de todo, este gas no se puede recolectar de la misma manera que, por ejemplo, el dióxido de carbono. Esto es hidrógeno, es mucho más ligero que el aire. Se volatiliza rápidamente y explota cuando se mezcla con aire en grandes cantidades. Por lo tanto, el tubo debe estar invertido. Después de llenarlo, debe cerrarse con un tapón de goma.

Para verificar la pureza del hidrógeno recolectado, debe acercar un fósforo encendido al cuello. Si el algodón es sordo y silencioso, entonces el gas está limpio, con mínimas impurezas de aire. Si es ruidoso y silbante, está sucio, con una gran proporción de componentes extraños.

áreas de uso

Cuando se quema hidrógeno, se libera una cantidad tan grande de energía (calor) que este gas se considera el combustible más rentable. Además, es respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, su uso en esta área es actualmente limitado. Esto se debe a los problemas mal concebidos y no resueltos de sintetizar hidrógeno puro, que sería adecuado para su uso como combustible en reactores, motores y dispositivos portátiles, así como en calderas de calefacción residencial.

Después de todo, los métodos para obtener este gas son bastante caros, por lo que primero es necesario desarrollar un método especial de síntesis. Uno que le permitirá obtener el producto en gran volumen ya un costo mínimo.

Hay varias áreas principales en las que se utiliza el gas que estamos considerando.

1. Síntesis químicas. A base de hidrogenación se obtienen jabones, margarinas y plásticos. Con la participación de hidrógeno se sintetizan metanol y amoníaco, además de otros compuestos.
2. En la industria alimentaria - como aditivo E949.
3. Industria de la aviación (construcción de cohetes, construcción de aviones).
4. Industria de la energía.
5. Meteorología.
6. Combustible de tipo ecológico.

Obviamente, el hidrógeno es tan importante como abundante en la naturaleza. Los diversos compuestos formados por él juegan un papel aún mayor.

Compuestos de hidrógeno

Estas son sustancias complejas que contienen átomos de hidrógeno. Hay varios tipos principales de tales sustancias.

1. Haluros de hidrógeno. La fórmula general es HHal. De particular importancia entre ellos es el cloruro de hidrógeno. Es un gas que se disuelve en agua para formar una solución de ácido clorhídrico. Este ácido es ampliamente utilizado en casi todas las síntesis químicas. Y tanto orgánicos como inorgánicos. El cloruro de hidrógeno es un compuesto que tiene la fórmula empírica HCL y es uno de los más grandes en cuanto a producción en nuestro país anualmente. Los haluros de hidrógeno también incluyen yoduro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno y bromuro de hidrógeno. Todos ellos forman los ácidos correspondientes.
2. Volátiles Casi todos ellos son gases bastante venenosos. Por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, metano, silano, fosfina y otros. Sin embargo, son muy inflamables.
3. Los hidruros son compuestos con metales. Pertenecen a la clase de las sales.
4. Hidróxidos: bases, ácidos y compuestos anfóteros. Su composición incluye necesariamente átomos de hidrógeno, uno o más. Ejemplo: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 y otros.
5. Hidróxido de hidrógeno. Este compuesto es mejor conocido como agua. Otro nombre para el óxido de hidrógeno. La fórmula empírica se ve así: H 2 O.
6. Peróxido de hidrógeno. Este es el agente oxidante más fuerte, cuya fórmula es H 2 O 2.
7. Numerosos compuestos orgánicos: hidrocarburos, proteínas, grasas, lípidos, vitaminas, hormonas, aceites esenciales y otros.

Obviamente, la variedad de compuestos del elemento que estamos considerando es muy grande. Esto confirma una vez más su gran importancia para la naturaleza y el hombre, así como para todos los seres vivos.

es el mejor solvente

Como se mencionó anteriormente, el nombre común de esta sustancia es agua. Consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, interconectados por enlaces polares covalentes. La molécula de agua es un dipolo, lo que explica muchas de sus propiedades. En particular, el hecho de que es un solvente universal.

Es en el medio acuático donde tienen lugar casi todos los procesos químicos. Las reacciones internas del metabolismo plástico y energético en los organismos vivos también se llevan a cabo con la ayuda del óxido de hidrógeno.

El agua es considerada la sustancia más importante del planeta. Se sabe que ningún organismo vivo puede vivir sin él. En la Tierra, puede existir en tres estados de agregación:

• líquido;
• gas (vapor);
• sólido (hielo).

Dependiendo del isótopo de hidrógeno que forme parte de la molécula, existen tres tipos de agua.

1. Luz o protio. Un isótopo con un número de masa de 1. La fórmula es H 2 O. Esta es la forma habitual que utilizan todos los organismos.
2. Deuterio o pesado, su fórmula es D 2 O. Contiene el isótopo 2 H.
3. Súper pesado o tritio. La fórmula parece T 3 O, el isótopo es 3 H.

Las reservas de agua dulce protium en el planeta son muy importantes. Ya falta en muchos países. Se están desarrollando métodos para tratar el agua salada con el fin de obtener agua potable.

El agua oxigenada es un remedio universal

Este compuesto, como se mencionó anteriormente, es un excelente agente oxidante. Sin embargo, con representantes fuertes también puede comportarse como reductor. Además, tiene un pronunciado efecto bactericida.

Otro nombre para este compuesto es peróxido. Es en esta forma que se usa en medicina. Una solución al 3% del hidrato cristalino del compuesto en cuestión es un fármaco médico que se utiliza para tratar pequeñas heridas con el fin de descontaminarlas. Sin embargo, se ha comprobado que en este caso aumenta la cicatrización de heridas con el tiempo.

Además, el peróxido de hidrógeno se utiliza en combustible para cohetes, en la industria para desinfección y blanqueo, como agente espumante para la producción de materiales apropiados (espuma, por ejemplo). Además, el peróxido ayuda a limpiar los acuarios, decolorar el cabello y blanquear los dientes. Sin embargo, al mismo tiempo daña los tejidos, por lo que los especialistas no lo recomiendan para este fin.

El hidrógeno fue descubierto en la segunda mitad del siglo XVIII por el científico inglés en el campo de la física y la química G. Cavendish. Logró aislar una sustancia en estado puro, comenzó a estudiarla y describió sus propiedades.

Tal es la historia del descubrimiento del hidrógeno. Durante los experimentos, el investigador determinó que se trata de un gas combustible, cuya combustión en el aire da agua. Esto condujo a la determinación de la composición cualitativa del agua.

que es hidrogeno

El hidrógeno, como sustancia simple, fue declarado por primera vez por el químico francés A. Lavoisier en 1784, ya que determinó que su molécula contiene átomos del mismo tipo.

El nombre del elemento químico en latín suena como hidrógeno (léase "hidrogenio"), que significa "dar a luz agua". El nombre hace referencia a la reacción de combustión que produce agua.

Caracterización del hidrógeno

La designación de hidrógeno N. Mendeleev asignó el primer número de serie a este elemento químico, ubicándolo en el subgrupo principal del primer grupo y el primer período y condicionalmente en el subgrupo principal del séptimo grupo.

El peso atómico (masa atómica) del hidrógeno es 1,00797. El peso molecular del H 2 es 2 a. e) La masa molar es numéricamente igual a él.

Está representado por tres isótopos con un nombre especial: el protio más común (H), el deuterio pesado (D) y el tritio radiactivo (T).

Es el primer elemento que se puede separar completamente en isótopos de forma sencilla. Se basa en la gran diferencia de masa de los isótopos. El proceso se llevó a cabo por primera vez en 1933. Esto se explica por el hecho de que solo en 1932 se descubrió un isótopo con una masa de 2.

Propiedades físicas

En condiciones normales, una sustancia simple hidrógeno en forma de moléculas diatómicas es un gas, sin color, que no tiene sabor ni olor. Ligeramente soluble en agua y otros solventes.

Temperatura de cristalización - 259,2 o C, punto de ebullición - 252,8 o C. El diámetro de las moléculas de hidrógeno es tan pequeño que tienen la capacidad de difundirse lentamente a través de varios materiales (caucho, vidrio, metales). Esta propiedad se utiliza cuando se requiere purificar el hidrógeno de las impurezas gaseosas. en el n. y. el hidrógeno tiene una densidad de 0,09 kg/m3.

¿Es posible convertir el hidrógeno en un metal por analogía con los elementos ubicados en el primer grupo? Los científicos han descubierto que el hidrógeno, en condiciones en las que la presión se acerca a los 2 millones de atmósferas, comienza a absorber los rayos infrarrojos, lo que indica la polarización de las moléculas de la sustancia. Quizás a presiones aún más altas, el hidrógeno se convierta en un metal.

Es interesante: existe la suposición de que en los planetas gigantes, Júpiter y Saturno, el hidrógeno se encuentra en forma de metal. Se supone que el hidrógeno sólido metálico también está presente en la composición del núcleo de la tierra, debido a la ultra alta presión creada por el manto terrestre.

Propiedades químicas

Tanto las sustancias simples como las complejas entran en interacción química con el hidrógeno. Pero es necesario aumentar la baja actividad del hidrógeno creando las condiciones apropiadas: elevando la temperatura, usando catalizadores, etc.

Cuando se calientan, las sustancias simples como el oxígeno (O 2), el cloro (Cl 2), el nitrógeno (N 2), el azufre (S) reaccionan con el hidrógeno.

Si prende fuego al hidrógeno puro al final del tubo de gas en el aire, se quemará de manera uniforme, pero apenas perceptible. Sin embargo, si el tubo de salida del gas se coloca en una atmósfera de oxígeno puro, la combustión continuará con la formación de gotas de agua en las paredes del recipiente, como resultado de la reacción:

La combustión del agua va acompañada de la liberación de una gran cantidad de calor. Esta es una reacción compuesta exotérmica en la que el oxígeno oxida el hidrógeno para formar el óxido H 2 O. También es una reacción redox en la que el hidrógeno se oxida y el oxígeno se reduce.

De manera similar, la reacción con Cl 2 ocurre con la formación de cloruro de hidrógeno.

La interacción del nitrógeno con el hidrógeno requiere alta temperatura y alta presión, así como la presencia de un catalizador. El resultado es amoníaco.

Como resultado de la reacción con el azufre, se forma sulfuro de hidrógeno, cuyo reconocimiento facilita el olor característico a huevos podridos.

El estado de oxidación del hidrógeno en estas reacciones es +1, y en los hidruros que se describen a continuación, es 1.

Al reaccionar con algunos metales, se forman hidruros, por ejemplo, hidruro de sodio - NaH. Algunos de estos compuestos complejos se utilizan como combustible para cohetes, así como en energía de fusión.

El hidrógeno también reacciona con sustancias de la categoría compleja. Por ejemplo, con óxido de cobre (II), la fórmula CuO. Para llevar a cabo la reacción, se pasa hidrógeno de cobre sobre óxido de cobre (II) en polvo calentado. En el curso de la interacción, el reactivo cambia de color y se vuelve marrón rojizo, y las gotas de agua se depositan en las paredes frías del tubo de ensayo.

Durante la reacción, el hidrógeno se oxida para formar agua y el cobre se reduce de óxido a una sustancia simple (Cu).

áreas de uso

El hidrógeno es de gran importancia para los humanos y se utiliza en una variedad de áreas:

1. En la industria química son las materias primas, en otras industrias es el combustible. No prescindir del hidrógeno y de las empresas de petroquímica y refinación de petróleo.
2. En la industria de la energía eléctrica, esta sustancia simple actúa como agente refrigerante.
3. En la metalurgia ferrosa y no ferrosa, el hidrógeno desempeña el papel de agente reductor.
4. Con esta ayuda se crea un ambiente inerte a la hora de envasar productos.
5. La industria farmacéutica utiliza hidrógeno como reactivo en la producción de peróxido de hidrógeno.
6. Las sondas meteorológicas están llenas de este gas ligero.
7. Este elemento también se conoce como agente reductor de combustible para motores de cohetes.

Los científicos predicen unánimemente que el combustible de hidrógeno será el líder en el sector energético.

Recibo en la industria

En la industria, el hidrógeno se produce por electrólisis, que se somete a cloruros o hidróxidos de metales alcalinos disueltos en agua. También es posible obtener hidrógeno de esta manera directamente del agua.

Para ello se utiliza la conversión de coque o metano con vapor. La descomposición del metano a temperatura elevada también produce hidrógeno. La licuefacción de gas de horno de coque por el método fraccionado también se utiliza para la producción industrial de hidrógeno.

Obtención en el laboratorio

En el laboratorio, se utiliza un aparato Kipp para producir hidrógeno.

El ácido clorhídrico o sulfúrico y el zinc actúan como reactivos. Como resultado de la reacción, se forma hidrógeno.

Encontrar hidrógeno en la naturaleza

El hidrógeno es el elemento más común en el universo. La mayor parte de las estrellas, incluido el Sol, y otros cuerpos cósmicos es hidrógeno.

Es sólo el 0,15% en la corteza terrestre. Está presente en muchos minerales, en todas las sustancias orgánicas, así como en el agua que cubre las 3/4 partes de la superficie de nuestro planeta.

En la atmósfera superior, se pueden encontrar rastros de hidrógeno puro. También se encuentra en varios gases naturales combustibles.

El hidrógeno gaseoso es el más delgado y el hidrógeno líquido es la sustancia más densa de nuestro planeta. Con la ayuda del hidrógeno, puedes cambiar el timbre de la voz, si lo inhalas, y hablar mientras exhalas.

La bomba de hidrógeno más potente se basa en la división del átomo más ligero.