Reacciones de hidrógeno con no metales. Hidrógeno: características, propiedades físicas y químicas. Entrar en la industria

Propiedades químicas del hidrógeno

En condiciones normales, el hidrógeno molecular es comparativamente poco activo, combinándose directamente solo con los no metales más activos (con flúor, a la luz y con cloro). Sin embargo, cuando se calienta, reacciona con muchos elementos.

El hidrógeno reacciona con sustancias simples y complejas:

- Interacción del hidrógeno con los metales. conduce a la formación de sustancias complejas: hidruros, en cuyas fórmulas químicas el átomo de metal siempre es lo primero:

A altas temperaturas, el hidrógeno reacciona directamente con algunos metales(alcalinos, alcalinotérreos y otros), formando blanco sustancias cristalinas- hidruros metálicos (Li H, Na H, KH, CaH 2, etc.):

H 2 + 2Li = 2LiH

Los hidruros metálicos se descomponen fácilmente con el agua para formar el álcali y el hidrógeno correspondientes:

California H 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2

- Cuando el hidrógeno interactúa con los no metales. se forman compuestos de hidrógeno volátiles. V fórmula química un compuesto de hidrógeno volátil, un átomo de hidrógeno puede estar tanto en el primer como en el segundo lugar, dependiendo de su ubicación en el PSCE (ver la placa en la diapositiva):

1). Con oxigeno El hidrógeno forma agua:

Video "Combustión de hidrógeno"

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

A temperaturas ordinarias, la reacción avanza extremadamente lentamente, por encima de 550 ° C, con una explosión. (una mezcla de 2 volúmenes de H 2 y 1 volumen de O 2 se llama gas oxihidrógeno) .

Video "Explosión de gas oxhídrico"

Video "Cocción y explosión de una mezcla explosiva"

2). Con halógenos El hidrógeno forma haluros de hidrógeno, por ejemplo:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Al mismo tiempo, el hidrógeno explota con flúor (incluso en la oscuridad y a -252 ° C), reacciona con el cloro y el bromo solo cuando se ilumina o calienta, y con yodo solo cuando se calienta.

3). Con nitrógeno El hidrógeno interactúa con la formación de amoníaco:

ÇН 2 + N 2 = 2NН 3

sólo en un catalizador y a temperaturas y presiones elevadas.

4). Cuando se calienta, el hidrógeno reacciona vigorosamente. con gris:

H 2 + S = H 2 S (sulfuro de hidrógeno),

es mucho más difícil con selenio y telurio.

5). Con carbono puro El hidrógeno puede reaccionar sin catalizador solo a altas temperaturas:

2H 2 + C (amorfo) = CH 4 (metano)

- El hidrógeno entra en una reacción de sustitución con óxidos metálicos , mientras que se forma agua en los productos y se reduce el metal. Hidrógeno: exhibe las propiedades de un agente reductor:

Se usa hidrógeno para la recuperación de muchos metales, ya que toma oxígeno de sus óxidos:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O, etc.

Aplicación de hidrógeno

Video "Aplicación de hidrógeno"

Actualmente, el hidrógeno se produce en grandes cantidades. Una gran parte se utiliza en la síntesis de amoniaco, hidrogenación de grasas y en la hidrogenación de carbón, aceites e hidrocarburos. Además, el hidrógeno se utiliza para la síntesis de ácido clorhídrico, alcohol metílico, ácido cianhídrico, en la soldadura y forja de metales, así como en la fabricación de lámparas incandescentes y piedras preciosas... El hidrógeno sale a la venta en cilindros a una presión de más de 150 atm. Son de color verde oscuro y tienen la inscripción roja "Hidrógeno".

El hidrógeno se utiliza para convertir grasas líquidas en sólidas (hidrogenación), producción de combustibles líquidos por hidrogenación de carbón y fuel oil. En metalurgia, el hidrógeno se utiliza como agente reductor de óxidos o cloruros para producir metales y no metales (germanio, silicio, galio, circonio, hafnio, molibdeno, tungsteno, etc.).

La aplicación práctica del hidrógeno es diversa: generalmente se llena con globos-sondas, en la industria química sirve como materia prima para la obtención de muchos productos muy importantes (amoníaco, etc.), en alimentos - para la producción de grasas sólidas a partir de aceites vegetales, etc. La alta temperatura (hasta 2600 ° C), resultante de la combustión de hidrógeno en oxígeno, se utiliza para fundir metales refractarios, cuarzo, etc. El hidrógeno líquido es uno de los combustibles para aviones más eficientes. El consumo mundial anual de hidrógeno supera el millón de toneladas.

Entrenadores

# 2. Hidrógeno

TAREAS DE FONDEO

Tarea número 1
Invente las ecuaciones para las reacciones de la interacción del hidrógeno con las siguientes sustancias: F 2, Ca, Al 2 O 3, óxido de mercurio (II), óxido de tungsteno (VI). Nombra los productos de reacción, indica los tipos de reacciones.

Tarea número 2
Realice las transformaciones según el esquema:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Tarea número 3.
Calcule la masa de agua que se puede obtener quemando 8 g de hidrógeno.

El hidrógeno es una sustancia simple H 2 (dihidrógeno, diprotio, hidrógeno ligero).

Breve característica del hidrógeno:

• No metal.
• Un gas incoloro y difícil de licuar.
• Poco soluble en agua.
• Se disuelve mejor en disolventes orgánicos.
• Quimisorbido por metales: hierro, níquel, platino, paladio.
• Agente reductor fuerte.
• Interactúa (a altas temperaturas) con no metales, metales, óxidos metálicos.
• El hidrógeno atómico H 0, obtenido por descomposición térmica del H 2, tiene la capacidad reductora más alta.
• Isótopos de hidrógeno:
  • 1 H - protio
  • 2 H - deuterio (D)
  • 3 H - tritio (T)
• Relativo masa molecular = 2,016
• Densidad relativa de hidrógeno sólido (t = -260 ° C) = 0.08667
• Densidad relativa de hidrógeno líquido (t = -253 ° C) = 0.07108
• Sobrepresión (n.a.) = 0.08988 g / l
• punto de fusión = -259,19 ° C
• punto de ebullición = -252,87 ° C
• Coeficiente volumétrico de solubilidad del hidrógeno:
  • (t = 0 ° C) = 2,15;
  • (t = 20 ° C) = 1,82;
  • (t = 60 ° C) = 1,60;

1. Descomposición térmica de hidrógeno(t = 2000-3500 ° C):
H 2 ↔ 2H 0

2. Interacción del hidrógeno con no metales:

• H 2 + F 2 = 2HF (t = -250 .. + 20 ° C)
• H 2 + Cl 2 = 2HCl (en combustión o en la luz a temperatura ambiente):
  • Cl 2 = 2Cl 0
  • Cl 0 + H 2 = HCl + H 0
  • H 0 + Cl 2 = HCl + Cl 0
• H 2 + Br 2 = 2HBr (t = 350-500 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + I 2 = 2HI (t = 350-500 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + O 2 = 2H 2 O:
  • H 2 + O 2 = 2OH 0
  • OH 0 + H 2 = H 2 O + H 0
  • H 0 + O 2 = OH 0 + O 0
  • O 0 + H 2 = OH 0 + H 0
• H 2 + S = H 2 S (t = 150..200 ° C)
• 3H 2 + N 2 = 2NH 3 (t = 500 ° C, catalizador de hierro)
• 2H 2 + C (coque) = CH 4 (t = 600 ° C, catalizador de platino)
• H 2 + 2C (coque) = C 2 H 2 (t = 1500..2000 ° C)
• H 2 + 2C (coque) + N 2 = 2HCN (t más de 1800 ° C)

3. Interacción del hidrógeno con sustancias complejas:

• 4H 2 + (Fe II Fe 2 III) O 4 = 3Fe + 4H 2 O (t más de 570 ° C)
• H 2 + Ag 2 SO 4 = 2Ag + H 2 SO 4 (t más de 200 ° C)
• 4H 2 + 2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600 ° C, catalizador Fe 2 O 3)
• 3H 2 + 2BCl 3 = 2B + 6HCl (t = 800-1200 ° C)
• H 2 + 2EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl (t = 270 ° C)
• 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 ° C, catalizador CuO 2)
• H 2 + CaC 2 = Ca + C 2 H 2 (t más de 2200 ° C)
• H 2 + BaH 2 = Ba (H 2) 2 (t hasta 0 ° C, solución)

4. Participación del hidrógeno en reacciones redox:

• 2H 0 (Zn, HCl diluido) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
• 8H 0 (Al, KOH concentrado) + KNO 3 = NH 3 + KOH + 2H 2 O
• 2H 0 (Zn, HCl diluido) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
• 2H 0 (Al) + NaOH (conc.) + Ag 2 S = 2Ag ↓ + H 2 O + NaHS
• 2H 0 (Zn, H 2 SO 4 diluido) + C 2 N 2 = 2HCN

Compuestos de hidrógeno

D 2 - diduterio:

• Hidrógeno pesado.
• Un gas incoloro y difícil de licuar.
• El dideuterio está contenido en hidrógeno natural 0,012-0,016% (en peso).
• En una mezcla gaseosa de dideuterio y protio, el intercambio de isótopos se produce a altas temperaturas.
• Poco soluble en agua ordinaria y pesada.
• Con agua corriente, el intercambio isotópico es insignificante.
• Las propiedades químicas son similares a las del hidrógeno ligero, pero el dideuterio es menos reactivo.
• Peso molecular relativo = 4.028
• Densidad relativa del dideuterio líquido (t = -253 ° C) = 0,17
• punto de fusión = -254,5 ° C
• punto de ebullición = -249,49 ° C

T 2 - ditritio:

• Hidrógeno superpesado.
• Gas radiactivo incoloro.
• La vida media es de 12,34 años.
• En la naturaleza, el ditritio se forma como resultado del bombardeo de núcleos de 14 N con radiación cósmica por neutrones; las trazas de ditritio se encuentran en aguas naturales.
• El ditritio se obtiene en un reactor nuclear bombardeando litio con neutrones lentos.
• Peso molecular relativo = 6.032
• punto de fusión = -252,52 ° C
• punto de ebullición = -248,12 ° C

HD - hidrógeno deuterio:

• Gas incoloro.
• No se disuelve en agua.
• Las propiedades químicas son similares a las del H2.
• Peso molecular relativo = 3.022
• Densidad relativa del deuteruro de hidrógeno sólido (t = -257 ° C) = 0,146
• Sobrepresión (n.o.) = 0,135 g / l
• punto de fusión = -256,5 ° C
• punto de ebullición = -251.02 ° C

Óxidos de hidrógeno

H 2 O - agua:

• Líquido incoloro.
• Según la composición isotópica del oxígeno, el agua se compone de H 2 16 O con mezclas de H 2 18 O y H 2 17 O
• Según la composición isotópica del hidrógeno, el agua se compone de 1 H 2 O con una mezcla de HDO.
• El agua líquida sufre protólisis (H 3 O + y OH -):
  • H 3 O + (catión de oxonio) es el más ácido fuerte en solución acuosa;
  • OH- (ion hidróxido) es la base más fuerte en solución acuosa;
  • El agua es el protolito conjugado más débil.
• Con muchas sustancias, el agua forma hidratos cristalinos.
• El agua es una sustancia químicamente activa.
• El agua es un solvente líquido versátil para compuestos inorgánicos.
• Peso molecular relativo del agua = 18,02
• Densidad relativa del agua sólida (hielo) (t = 0 ° C) = 0,917
• Densidad relativa del agua líquida:
  • (t = 0 ° C) = 0,999841
  • (t = 20 ° C) = 0,998203
  • (t = 25 ° C) = 0,997044
  • (t = 50 ° C) = 0,97180
  • (t = 100 ° C) = 0,95835
• densidad (n.o.) = 0.8652 g / l
• punto de fusión = 0 ° C
• punto de ebullición = 100 ° C
• Producto iónico del agua (25 ° C) = 1,008 10-14

1. Descomposición térmica del agua:
2H 2 O ↔ 2H 2 + O 2 (por encima de 1000 ° C)

D 2 O - óxido de deuterio:

• Agua pesada.
• Líquido higroscópico incoloro.
• La viscosidad es más alta que la del agua.
• Se mezcla con agua corriente en cantidades ilimitadas.
• El HDO de agua semipesada se forma durante el intercambio de isótopos.
• El poder de disolución es menor que el del agua corriente.
• Las propiedades químicas del óxido de deuterio son similares a las del agua, pero todas las reacciones son más lentas.
• El agua pesada está presente en el agua natural (relación de masa con respecto al agua ordinaria 1: 5500).
• El óxido de deuterio se obtiene mediante electrólisis repetida de agua natural, en la que se acumula agua pesada en el resto del electrolito.
• Peso molecular relativo del agua pesada = 20,03
• Densidad relativa del agua pesada líquida (t = 11,6 ° C) = 1,1071
• Densidad relativa del agua pesada líquida (t = 25 ° C) = 1,1042
• punto de fusión = 3.813 ° C
• punto de ebullición = 101,43 ° C

T 2 O - óxido de tritio:

• Agua super pesada.
• Líquido incoloro.
• La viscosidad es mayor y el poder de disolución es menor que el del agua ordinaria y pesada.
• Se mezcla con agua corriente y agua pesada en cantidades ilimitadas.
• El intercambio isotópico con agua ordinaria y pesada conduce a la formación de HTO, DTO.
• Las propiedades químicas del agua superpesada son similares a las del agua, pero todas las reacciones proceden incluso más lentamente que en el agua pesada.
• Se encuentran trazas de óxido de tritio en el agua natural y la atmósfera.
• El agua superpesada se obtiene pasando tritio sobre óxido de cobre CuO al rojo vivo.
• Peso molecular relativo de agua superpesada = 22,03
• punto de fusión = 4.5 ° C

Comenzando a considerar las propiedades químicas y físicas del hidrógeno, cabe señalar que en su estado habitual, este elemento químico se encuentra en forma gaseosa. El gas hidrógeno incoloro es inodoro e insípido. Por primera vez, este elemento químico se denominó hidrógeno después de que el científico A. Lavoisier realizara experimentos con agua, según cuyos resultados, la ciencia mundial descubrió que el agua es un líquido multicomponente, que contiene hidrógeno. Este evento ocurrió en 1787, pero mucho antes de esa fecha los científicos conocían al hidrógeno como "gas combustible".

Hidrógeno en la naturaleza

Según los científicos, el hidrógeno está contenido en la corteza terrestre y en el agua (aproximadamente el 11,2% del volumen total de agua). Este gas es parte de muchos minerales que la humanidad ha estado extrayendo de las entrañas de la tierra durante siglos. Las propiedades del hidrógeno son parcialmente características del aceite, los gases naturales y la arcilla, para organismos de animales y plantas. Pero en forma pura, es decir, no combinado con otros elementos químicos de la tabla periódica, este gas es extremadamente raro en la naturaleza. Este gas puede liberarse a la superficie de la tierra durante las erupciones volcánicas. El hidrógeno libre está presente en cantidades mínimas en la atmósfera.

Propiedades químicas del hidrógeno

En la medida en Propiedades químicas El hidrógeno no es uniforme, entonces este elemento químico pertenece tanto al grupo I del sistema de Mendeleev como al grupo VII del sistema. Al ser un representante del primer grupo, el hidrógeno es, de hecho, un metal alcalino, que tiene un estado de oxidación de +1 en la mayoría de los compuestos a los que pertenece. La misma valencia es característica del sodio y otros metales alcalinos. Debido a estas propiedades químicas, el hidrógeno se considera un elemento similar a estos metales.

Si hablamos de hidruros metálicos, entonces el ion hidrógeno tiene una valencia negativa, su estado de oxidación es -1. Na + H- se construye de la misma manera que para el cloruro Na + Cl-. Este hecho es la razón para atribuir hidrógeno al grupo VII del sistema de Mendeleev. El hidrógeno, al estar en estado de molécula, siempre que permanezca en un ambiente ordinario, está inactivo y puede combinarse exclusivamente con los no metales, que son más activos para él. Estos metales incluyen flúor, en presencia de luz, el hidrógeno se combina con el cloro. Si el hidrógeno se calienta, se vuelve más activo, entrando en reacciones con muchos elementos del sistema periódico de Mendeleev.

El hidrógeno atómico exhibe propiedades químicas más activas que el hidrógeno molecular. Las moléculas de oxígeno forman agua: H2 + 1 / 2O2 = H2O. Cuando el hidrógeno interactúa con los halógenos, se forman haluros de hidrógeno H2 + Cl2 = 2HCl, y el hidrógeno entra en esta reacción en ausencia de luz y a temperaturas negativas suficientemente altas, hasta - 252 ° С. Las propiedades químicas del hidrógeno permiten utilizarlo para la reducción de muchos metales, ya que, al reaccionar, el hidrógeno absorbe oxígeno de los óxidos metálicos, por ejemplo, CuO + H2 = Cu + H2O. El hidrógeno participa en la formación de amoníaco, interactuando con el nitrógeno en la reacción ЗН2 + N2 = 2NН3, pero con la condición de que se utilice un catalizador y aumenten la temperatura y la presión.

Se produce una reacción vigorosa cuando el hidrógeno interactúa con el azufre en la reacción H2 + S = H2S, cuyo resultado es el sulfuro de hidrógeno. La interacción del hidrógeno con el telurio y el selenio es ligeramente menos activa. Si no hay catalizador, entonces reacciona con carbono puro, hidrógeno, solo con la condición de que se creen altas temperaturas. 2H2 + C (amorfo) = CH4 (metano). En el proceso de actividad del hidrógeno con algunos álcalis y otros metales, se obtienen hidruros, por ejemplo, H2 + 2Li = 2LiH.

Propiedades físicas del hidrógeno

El hidrógeno es muy ligero químico... Al menos los científicos dicen que en este momento, no hay sustancia más ligera que el hidrógeno. Su masa es 14,4 veces más ligera que el aire, su densidad es de 0,0899 g / la 0 ° C. A temperaturas de -259,1 ° C, el hidrógeno es capaz de derretirse; esta es una temperatura muy crítica que no es típica de la transformación de la mayoría compuestos químicos de un estado a otro. Solo un elemento como el helio supera propiedades físicas hidrógeno a este respecto. La licuefacción del hidrógeno es difícil, ya que su temperatura crítica es (-240 ° C). El hidrógeno es el gas que genera más calor que conoce la humanidad. Todas las propiedades descritas anteriormente son las propiedades físicas más importantes del hidrógeno que utilizan los seres humanos para fines específicos. Además, estas propiedades son las más relevantes para la ciencia moderna.

Estructura y propiedades físicas del hidrógeno. El hidrógeno es un gas diatómico H2. Es incoloro e inodoro. Es el gas más ligero. Debido a esta propiedad, se utilizó en globos, dirigibles y dispositivos similares, sin embargo, el uso generalizado del hidrógeno para estos fines se ve obstaculizado por su explosividad en mezcla con el aire.

Las moléculas de hidrógeno son no polares y muy pequeñas, por lo que hay poca interacción entre ellas. En este sentido, tiene un temperaturas bajas fusión (-259 ° C) y ebullición (-253 ° C). El hidrógeno es prácticamente insoluble en agua.

El hidrógeno tiene 3 isótopos: 1H ordinario, deuterio 2H o D y tritio radiactivo 3H o T. Los isótopos pesados ​​del hidrógeno son únicos en el sentido de que son 2 o incluso 3 veces más pesados ​​que el hidrógeno ordinario. Es por eso que reemplazar el hidrógeno ordinario con deuterio o tritio afecta notablemente las propiedades de la sustancia (por ejemplo, los puntos de ebullición del hidrógeno ordinario H2 y el deuterio D2 difieren en 3.2 grados). Interacción del hidrógeno con sustancias simples. El hidrógeno es un no metal de electronegatividad media. Por lo tanto, tiene propiedades tanto oxidantes como reductoras.

Propiedades oxidantes El hidrógeno se manifiesta en reacciones con metales típicos, elementos de los principales subgrupos I-II grupos de la tabla periódica. Los metales más activos (metales alcalinos y alcalinotérreos), cuando se calientan con hidrógeno, dan hidruros (sustancias sólidas parecidas a sales que contienen un ion hidruro H) en la red cristalina. 2Na + H2 = 2NaH ; Ca + H2 = CaH2 Las propiedades reductoras del hidrógeno aparecen en reacciones con no metales más típicos que el hidrógeno: 1) Interacción con halógenos H2 + F2 = 2HF

La interacción con los análogos del flúor (cloro, bromo, yodo) se desarrolla de manera similar. A medida que disminuye la actividad del halógeno, disminuye la intensidad de la reacción. La reacción con el flúor se produce de forma explosiva en condiciones normales, se requiere iluminación o calentamiento para la reacción con el cloro, y la reacción con el yodo se produce solo con un calentamiento fuerte y es reversible. 2) Interacción con el oxígeno 2H2 + O2 = 2H2O La reacción procede con una gran liberación de calor, a veces con una explosión. 3) Interacción con azufre H2 + S = H2S El azufre es un no metal mucho menos activo que el oxígeno, y la interacción con el hidrógeno se desarrolla con calma. 4) Interacción con nitrógeno 3H2 + N2↔ 2NH3 La reacción es reversible, avanza en un grado notable sólo en presencia de un catalizador, bajo calentamiento y bajo presión. El producto se llama amoniaco. 5) Interacción con el carbonoС + 2Н2↔ СН4 La reacción tiene lugar en un arco eléctrico o a temperaturas muy altas. También se forman otros hidrocarburos como subproductos. 3. Interacción del hidrógeno con sustancias complejas El hidrógeno también exhibe propiedades reductoras en reacciones con sustancias complejas: 1) Reducción de óxidos metálicos que se encuentran en la serie electroquímica de voltajes a la derecha del aluminio, así como óxidos no metálicos: Fe2O3 + 2H2 2Fe + 3H2O ; CuO + H2 Cu + H2O El hidrógeno se utiliza como agente reductor para la extracción de metales de minerales de óxido. Las reacciones proceden cuando se calienta 2) Adhesión a sustancias orgánicas insaturadas; С2Н4 + Н2 (t; p) → С2Н6 Las reacciones se desarrollan en presencia de un catalizador y bajo presión. No tocaremos otras reacciones de hidrógeno por ahora. 4. Obtención de hidrógeno En la industria, el hidrógeno se obtiene procesando materias primas de hidrocarburos: gas natural y asociado, coque, etc. Métodos de laboratorio para producir hidrógeno:

1) Interacción de metales que se encuentran en la serie electroquímica de voltajes metálicos a la izquierda del hidrógeno con ácidos. Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Cu Hg Ag Pt Mg + 2HCl = MgCl2 + H22) Interacción de metales en la serie electroquímica de voltajes metálicos a la izquierda del magnesio con agua fría . Esto también produce álcali.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H

Mg + 2H2O Mg (OH) 2 + H2

Un metal ubicado en la serie electroquímica de voltajes metálicos a la izquierda del cobalto es capaz de desplazar el hidrógeno del vapor de agua. Esto también produce un óxido.

3Fe + 4H2O vapor Fe3O4 + 4H23) Interacción de metales, cuyos hidróxidos son anfóteros, con soluciones alcalinas.

Los metales, cuyos hidróxidos son anfóteros, desplazan el hidrógeno de las soluciones alcalinas. Necesita conocer 2 de esos metales: aluminio y zinc:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + + 3H2

Zn + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

En este caso, se forman sales complejas: hidroxoaluminatos e hidroxozincatos.

Todos los métodos enumerados hasta ahora se basan en el mismo proceso: la oxidación de un metal con un átomo de hidrógeno en el estado de oxidación +1:

М0 + nН + = Мn + + n / 2 H2

4) Interacción de hidruros de metales activos con agua:

CaH2 + 2H2O = Ca (OH) 2 + 2H2

Este proceso se basa en la interacción del hidrógeno en el estado de oxidación -1 con el hidrógeno en el estado de oxidación +1:

5) Electrólisis soluciones acuosasálcalis, ácidos, algunas sales:

2H2O 2H2 + O2

5. Compuestos de hidrógeno En esta tabla, a la izquierda, una sombra clara resalta las células de los elementos que forman compuestos iónicos con hidruros de hidrógeno. Estas sustancias contienen un ion hidruro H-. Son sustancias sólidas, incoloras, parecidas a la sal y reaccionan con el agua para producir hidrógeno.

Los elementos de los principales subgrupos IV-VII forman compuestos con hidrógeno. estructura molecular... A veces también se les llama hidruros, pero esto es incorrecto. No contienen un ion hidruro, están formados por moléculas. Como regla general, los compuestos de hidrógeno más simples de estos elementos son gases incoloros. Las excepciones son el agua, que es un líquido, y el fluoruro de hidrógeno, que es gaseoso a temperatura ambiente, pero líquido en condiciones normales.

Las celdas oscuras marcan elementos que forman compuestos con hidrógeno y exhiben propiedades ácidas.

Las celdas oscuras con una cruz indican elementos que forman compuestos con hidrógeno y exhiben propiedades básicas.

=================================================================================

29). características generales propiedades de elementos del subgrupo principal 7gr. Cloro. Propiedades de Lore. Ácido clorhídrico. El subgrupo de halógenos incluye flúor, cloro, bromo, yodo y astato (el astato es un elemento radiactivo, poco estudiado). Estos son elementos p del grupo VII del sistema periódico de Mendeleev. En el nivel de energía externa, cada uno de sus átomos tiene 7 electrones ns2np5. Esto explica la similitud de sus propiedades.

Se unen fácilmente un electrón a la vez, exhibiendo un estado de oxidación de -1. Los halógenos tienen este estado de oxidación en compuestos con hidrógeno y metales.

Sin embargo, los átomos de halógeno, además del flúor, también pueden presentar estados de oxidación positivos: +1, +3, +5, +7. Los posibles valores de los grados de oxidación se explican por la estructura electrónica, que para los átomos de flúor se puede representar mediante el diagrama

Al ser el elemento más electronegativo, el flúor solo puede aceptar un electrón por subnivel 2p. Tiene un electrón desapareado, por lo que el flúor es solo monovalente y el estado de oxidación es siempre -1.

Estructura electronica el átomo de cloro se expresa mediante el esquema: el átomo de cloro tiene un electrón desapareado en el subnivel 3p y en el estado habitual (no excitado), el cloro es monovalente. Pero como el cloro está en el tercer período, tiene cinco orbitales más del subnivel 3d, en los que se pueden acomodar 10 electrones.

El flúor no tiene orbitales libres, lo que significa que en reacciones químicas no hay separación de pares de electrones en el átomo. Por lo tanto, al considerar las propiedades de los halógenos, siempre es necesario tener en cuenta las características del flúor y los compuestos.

Las soluciones acuosas de compuestos de hidrógeno de halógenos son ácidos: HF - fluorhídrico (fluorhídrico), HCl - clorhídrico (clorhídrico), HBr - bromuro de hidrógeno, HI - yodhídrico.

Cloro (latín Chlorum), Cl, elemento químico del grupo VII del sistema periódico de Mendeleev, número atómico 17, masa atómica 35,453; Pertenece a la familia de los halógenos. En condiciones normales (0 ° C, 0,1 MN / m2 o 1 kgf / cm2) gas amarillo verdoso con un olor fuerte e irritante. El cloro natural consta de dos isótopos estables: 35Cl (75,77%) y 37Cl (24,23%).

Propiedades químicas del cloro. Externo Configuración electrónicaátomo de Cl 3s2Зр5. De acuerdo con esto, el cloro en compuestos presenta estados de oxidación -1, + 1, +3, +4, +5, +6 y +7. El radio covalente del átomo es 0,99 Å, el radio iónico del Cl es 1,82 Å, la afinidad del átomo de cloro al electrón es 3,65 eV, la energía de ionización es 12,97 eV.

Químicamente, el cloro es muy activo, se combina directamente con casi todos los metales (con algunos solo en presencia de humedad o cuando se calienta) y con no metales (excepto carbono, nitrógeno, oxígeno, gases inertes), formando los correspondientes cloruros, reacciona con muchos compuestos, reemplaza al hidrógeno en los hidrocarburos saturados y se adhiere a los compuestos insaturados. El cloro desplaza el bromo y el yodo de sus compuestos con hidrógeno y metales; es desplazado por el flúor de los compuestos de cloro con estos elementos. Los metales alcalinos, en presencia de trazas de humedad, interactúan con el cloro con la ignición, la mayoría de los metales reaccionan con el cloro seco solo cuando se calientan, el fósforo se enciende en una atmósfera de cloro, formando РCl3, y con una posterior cloración, РСl5; azufre con cloro cuando se calienta da S2Cl2, SCl2 y otros SnClm. El arsénico, el antimonio, el bismuto, el estroncio y el telurio interactúan vigorosamente con el cloro. Una mezcla de cloro con hidrógeno arde con una llama incolora o de color amarillo verdoso con la formación de cloruro de hidrógeno (esto es una reacción en cadena). El cloro forma óxidos con el oxígeno: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, así como hipocloritos (sales de ácido hipocloroso), cloritos, cloratos y percloratos. Todo compuestos de oxigeno el cloro forma mezclas explosivas con sustancias fácilmente oxidables. El cloro en el agua se hidroliza, formando ácidos hipocloroso y clorhídrico: Cl2 + Н2О = НClО + НCl. Cuando se cloran soluciones acuosas de álcalis en condiciones frías, se forman hipocloritos y cloruros: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, y cuando se calienta, cloratos. La cal clorada se obtiene por cloración de hidróxido de calcio seco. Cuando el amoníaco interactúa con el cloro, se forma tricloruro de nitrógeno. En la cloración de compuestos orgánicos, el cloro reemplaza al hidrógeno o se une a múltiples enlaces, formando varios compuestos orgánicos que contienen cloro. El cloro forma compuestos interhalógenos con otros halógenos. Los fluoruros ClF, ClF3, ClF3 son muy reactivos; por ejemplo, la lana de vidrio se enciende espontáneamente en una atmósfera de ClF3. Compuestos conocidos de cloro con oxígeno y flúor - Oxifluoruros de cloro: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 y perclorato de flúor FC104. Ácido clorhídrico (ácido clorhídrico, ácido clorhídrico, cloruro de hidrógeno) - HCl, una solución de cloruro de hidrógeno en agua; ácido monobásico fuerte. Incoloro (el ácido clorhídrico técnico es amarillento debido a las impurezas de Fe, Cl2, etc.), "humeante" en el aire, líquido cáustico. La concentración máxima a 20 ° C es del 38% en peso. Las sales de ácido clorhídrico se llaman cloruros.

Interacción con oxidantes fuertes (permanganato de potasio, dióxido de manganeso) con la liberación de cloro gaseoso:

Interacción con el amoníaco con la formación de un humo blanco espeso, que consiste en los cristales más pequeños de cloruro de amonio:

Respuesta cualitativa a ácido clorhídrico y su sal es su interacción con el nitrato de plata, en el que se forma un precipitado ferroso de cloruro de plata, insoluble en ácido nítrico:

===============================================================================

Considere qué es el hidrógeno. Las propiedades químicas y la producción de este no metal se estudian en el curso de química inorgánica en la escuela. Es este elemento el que conduce sistema periódico Mendeleev, por lo que merece una descripción detallada.

Abrir un artículo de un vistazo

Antes de considerar las propiedades físicas y químicas del hidrógeno, descubramos cómo se encontró este importante elemento.

Los químicos que trabajaron en los siglos XVI y XVII mencionaron repetidamente en sus escritos el gas combustible que se libera cuando los ácidos se exponen a metales activos. En la segunda mitad del siglo XVIII, G. Cavendish logró recolectar y analizar este gas, dándole el nombre de "gas combustible".

Las propiedades físicas y químicas del hidrógeno en ese momento no se estudiaron. No fue hasta finales del siglo XVIII cuando A. Lavoisier logró mediante el análisis establecer que este gas se puede obtener analizando el agua. Un poco más tarde, comenzó a llamar al nuevo elemento hidrógeno, que significa "dar a luz al agua". El hidrógeno debe su nombre ruso moderno a M.F.Soloviev.

Estar en la naturaleza

Las propiedades químicas del hidrógeno solo pueden analizarse sobre la base de su abundancia en la naturaleza. Este elemento está presente en la hidro y litosfera, y también forma parte de los minerales: gas natural y asociado, turba, petróleo, carbón, pizarra bituminosa. Es difícil imaginar a un adulto que no sepa que el hidrógeno es una parte integral del agua.

Además, este no metal se encuentra en organismos animales en forma de ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y grasas. En nuestro planeta, este elemento se encuentra en forma libre en muy raras ocasiones, quizás solo en gas natural y volcánico.

En forma de plasma, el hidrógeno constituye aproximadamente la mitad de la masa de las estrellas y el Sol, y también es parte del gas interestelar. Por ejemplo, en forma libre, así como en forma de metano, amoníaco, este no metal está presente en los cometas e incluso en algunos planetas.

Propiedades físicas

Antes de considerar las propiedades químicas del hidrógeno, observamos que en condiciones normales es una sustancia gaseosa más ligera que el aire y tiene varias formas isotópicas. Es casi insoluble en agua y tiene una alta conductividad térmica. Protium, que tiene un número de masa de 1, se considera su forma más ligera. El tritio, que tiene propiedades radiactivas, se forma naturalmente a partir del nitrógeno atmosférico cuando las neuronas lo exponen a los rayos ultravioleta.

Características de la estructura de la molécula.

Para considerar las propiedades químicas del hidrógeno, las reacciones características del mismo, detengámonos en las características de su estructura. Esta molécula diatómica tiene un enlace químico covalente no polar. La formación de hidrógeno atómico es posible mediante la interacción de metales activos con soluciones ácidas. Pero en esta forma, este no metal puede existir solo por un período de tiempo pequeño, casi inmediatamente se recombina en una forma molecular.

Propiedades químicas

Considere las propiedades químicas del hidrógeno. En la mayoría de los compuestos que forma este elemento químico, presenta un estado de oxidación de +1, lo que lo hace similar a los metales activos (alcalinos). Las principales propiedades químicas del hidrógeno, que lo caracterizan como metal:

• interacción con el oxígeno para formar agua;
• reacción con halógenos, acompañada de la formación de haluro de hidrógeno;
• obteniendo sulfuro de hidrógeno cuando se combina con azufre.

A continuación se muestra la ecuación de reacciones que caracterizan las propiedades químicas del hidrógeno. Llamamos la atención sobre el hecho de que como no metal (con un estado de oxidación de -1) actúa solo en reacción con metales activos, formando los correspondientes hidruros con ellos.

A temperaturas ordinarias, el hidrógeno interactúa de forma inactiva con otras sustancias, por lo que la mayoría de las reacciones se llevan a cabo solo después de un calentamiento preliminar.

Detengámonos con más detalle en algunas de las interacciones químicas del elemento que encabeza la tabla periódica de elementos químicos de Mendeleev.

La reacción de formación de agua va acompañada de la liberación de 285,937 kJ de energía. A temperaturas elevadas (más de 550 grados centígrados), este proceso va acompañado de una fuerte explosión.

Entre las propiedades químicas del hidrógeno gaseoso que han encontrado una aplicación significativa en la industria, es de interés su interacción con los óxidos metálicos. Es a través de la hidrogenación catalítica en la industria moderna que se procesan los óxidos metálicos, por ejemplo, el metal puro se aísla de la cascarilla de hierro (óxido de hierro mixto). Este método permite un procesamiento eficiente de la chatarra.

La síntesis de amoníaco, que implica la interacción del hidrógeno con el nitrógeno en el aire, también tiene demanda en la industria química moderna. Entre las condiciones para esto interacción química tenga en cuenta la presión y la temperatura.

Conclusión

Es el hidrógeno que es una sustancia química inactiva en condiciones normales. A medida que aumenta la temperatura, su actividad aumenta significativamente. Esta sustancia tiene demanda en síntesis orgánica. Por ejemplo, mediante hidrogenación, las cetonas se pueden reducir a alcoholes secundarios y los aldehídos se pueden convertir en alcoholes primarios. Además, mediante hidrogenación, es posible convertir los hidrocarburos insaturados de la clase etileno y acetileno en limitar conexiones serie de metano. El hidrógeno se considera legítimamente una sustancia simple en demanda en la producción química moderna.