Die Bildung von Wasserstoff. Verschiedene Formen von Wasserstoff

Das häufigste chemische Element im Universum ist Wasserstoff. Dies ist eine Art Bezugspunkt, denn im Periodensystem ist seine Ordnungszahl gleich eins. Die Menschheit hofft, mehr über ihn als einen der Möglichsten erfahren zu können Fahrzeug in der Zukunft. Wasserstoff ist das einfachste, leichteste und häufigste Element, es ist überall reichlich vorhanden - 75 Prozent der Gesamtmasse der Materie. Es steckt in jedem Stern, besonders viel Wasserstoff in Gasriesen. Seine Rolle bei Sternfusionsreaktionen ist entscheidend. Ohne Wasserstoff kein Wasser und damit kein Leben. Jeder erinnert sich, dass ein Wassermolekül ein Sauerstoffatom enthält und zwei Atome darin Wasserstoff sind. Das ist die bekannte Formel H 2 O.

Wie wir es verwenden

1766 Wasserstoff entdeckt Henry Cavendish bei der Analyse der Oxidationsreaktion des Metalls. Nach mehrjähriger Beobachtung stellte er fest, dass beim Verbrennen von Wasserstoff Wasser entsteht. Zuvor isolierten Wissenschaftler dieses Element, betrachteten es jedoch nicht als unabhängig. 1783 erhielt Wasserstoff den Namen Wasserstoff (übersetzt aus dem Griechischen „Hydro“ – Wasser und „Gen“ – gebären). Das Element, das Wasser erzeugt, ist Wasserstoff. Es ist ein Gas, dessen Summenformel H 2 ist. Wenn die Temperatur nahe der Raumtemperatur liegt und der Druck normal ist, ist dieses Element nicht wahrnehmbar. Wasserstoff kann nicht einmal von menschlichen Sinnen erfasst werden - er ist geschmacks-, farb- und geruchlos. Aber unter Druck und bei einer Temperatur von -252,87 C (sehr kalt!) verflüssigt sich dieses Gas. So wird es gespeichert, da es als Gas viel mehr Platz einnimmt. Es ist flüssiger Wasserstoff, der als Raketentreibstoff verwendet wird.

Wasserstoff kann fest, metallisch werden, aber dazu braucht es superhohen Druck, und das tun jetzt die prominentesten Wissenschaftler, Physiker und Chemiker. Schon jetzt dient dieses Element als alternativer Kraftstoff für den Verkehr. Die Anwendung ähnelt der Funktionsweise eines Motors. Verbrennungs: Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird ein Großteil seiner chemischen Energie freigesetzt. Auch ein Verfahren zur Herstellung einer darauf basierenden Brennstoffzelle wurde praktisch entwickelt: In Verbindung mit Sauerstoff findet eine Reaktion statt, wodurch Wasser und Strom entstehen. Möglich, dass der Verkehr bald statt Benzin auf Wasserstoff „umsteigt“ – viele Autohersteller interessieren sich für alternative Brennstoffe, und es gibt einige Erfolge. Aber ein reiner Wasserstoffmotor ist noch Zukunftsmusik, da gibt es viele Schwierigkeiten. Die Vorteile sind jedoch so groß, dass die Schaffung eines Kraftstofftanks mit festem Wasserstoff in vollem Gange ist und Wissenschaftler und Ingenieure sich nicht zurückziehen werden.

Grundinformation

Hydrogenium (lat.) - Wasserstoff, die erste Seriennummer im Periodensystem, bezeichnet mit H. Das Wasserstoffatom hat eine Masse von 1,0079, es ist ein Gas, das keine hat normale Bedingungen kein geschmack, kein geruch, keine farbe. Seit dem 16. Jahrhundert haben Chemiker ein bestimmtes brennbares Gas beschrieben und es auf unterschiedliche Weise bezeichnet. Aber es stellte sich für alle unter den gleichen Bedingungen heraus - wenn Säure auf das Metall einwirkt. Wasserstoff wurde, sogar von Cavendish selbst, viele Jahre lang einfach als "brennbare Luft" bezeichnet. Erst 1783 bewies Lavoisier durch Synthese und Analyse, dass Wasser eine komplexe Zusammensetzung hat, und vier Jahre später gab er der „brennbaren Luft“ ihren heutigen Namen. Die Wurzel davon zusammengesetztes Wort wird häufig verwendet, wenn es notwendig ist, Wasserstoffverbindungen und alle Prozesse, an denen sie beteiligt sind, zu benennen. Beispielsweise Hydrierung, Hydrid und dergleichen. Und der russische Name wurde 1824 von M. Solovyov vorgeschlagen.

In der Natur ist die Verteilung dieses Elements einzigartig. In der Lithosphäre und Hydrosphäre der Erdkruste beträgt seine Masse ein Prozent, aber Wasserstoffatome machen bis zu sechzehn Prozent aus. Das häufigste Wasser auf der Erde und 11,19 Gew.-% darin ist Wasserstoff. Außerdem ist es sicherlich in fast allen Verbindungen vorhanden, aus denen Öl, Kohle, alle Erdgase und Ton bestehen. Wasserstoff gibt es in allen Organismen von Pflanzen und Tieren - in der Zusammensetzung von Proteinen, Fetten, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate und so weiter. Der freie Zustand für Wasserstoff ist nicht typisch und kommt fast nie vor – es gibt sehr wenig davon in natürlichen und vulkanischen Gasen. Eine sehr vernachlässigbare Menge an Wasserstoff in der Atmosphäre - 0,0001 %, bezogen auf die Anzahl der Atome. Im erdnahen Raum hingegen stellen ganze Ströme von Protonen Wasserstoff dar, der den inneren Strahlungsgürtel unseres Planeten ausmacht.

Raum

Im Weltraum ist kein Element so häufig wie Wasserstoff. Das Wasserstoffvolumen in der Zusammensetzung der Sonnenelemente beträgt mehr als die Hälfte seiner Masse. Die meisten Sterne bilden Wasserstoff in Form von Plasma. Der Hauptteil verschiedener Gase von Nebeln und des interstellaren Mediums besteht ebenfalls aus Wasserstoff. Es ist in Kometen, in der Atmosphäre einer Reihe von Planeten vorhanden. Natürlich nicht drin reiner Form, - dann als freies H 2, dann als Methan CH 4, dann als Ammoniak NH 3, sogar als Wasser H 2 O. Sehr oft gibt es Radikale CH, NH, SiN, OH, PH und dergleichen. Als Strom von Protonen ist Wasserstoff Teil des Korpuskulären Sonnenstrahlung und kosmische Strahlung.

In gewöhnlichem Wasserstoff ist die Mischung aus zwei stabilen Isotopen leichter Wasserstoff (oder Protium 1 H) und schwerer Wasserstoff (oder Deuterium - 2 H oder D). Es gibt andere Isotope: radioaktives Tritium - 3 H oder T, ansonsten - superschwerer Wasserstoff. Und auch sehr instabiles 4 N. In der Natur enthält eine Wasserstoffverbindung Isotope in solchen Anteilen: Auf ein Deuteriumatom kommen 6800 Protiumatome. Tritium wird in der Atmosphäre aus Stickstoff gebildet, der von Neutronen der kosmischen Strahlung jedoch vernachlässigt werden kann. Was bedeuten die Massenzahlen von Isotopen? Die Zahl zeigt an, dass der Protiumkern nur ein Proton hat, während Deuterium nicht nur ein Proton, sondern auch ein Neutron im Kern eines Atoms hat. Tritium hat zwei Neutronen im Kern für ein Proton. Aber 4 N enthält drei Neutronen pro Proton. Daher sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasserstoffisotopen im Vergleich zu den Isotopen aller anderen Elemente sehr unterschiedlich – der Massenunterschied ist zu groß.

Struktur und physikalische Eigenschaften

Strukturell ist das Wasserstoffatom im Vergleich zu allen anderen Elementen das einfachste: ein Kern - ein Elektron. Ionisationspotential - die Bindungsenergie des Kerns mit dem Elektron - 13,595 Elektronenvolt (eV). Gerade wegen der Einfachheit dieser Struktur eignet sich das Wasserstoffatom als Modell in der Quantenmechanik, wenn es um Berechnungen geht Energieniveaus komplexere Atome. Im H 2 -Molekül gibt es zwei Atome, die durch eine chemische kovalente Bindung verbunden sind. Die Zerfallsenergie ist sehr hoch. Atomarer Wasserstoff kann in chemischen Reaktionen gebildet werden, wie z. B. Zink und Salzsäure. Eine Wechselwirkung mit Wasserstoff findet jedoch praktisch nicht statt - der Atomzustand von Wasserstoff ist sehr kurz, die Atome rekombinieren sofort zu H 2 -Molekülen.

Physikalisch gesehen ist Wasserstoff leichter als alle bekannten Stoffe - mehr als vierzehnmal leichter als Luft (Erinnerung an das Wegfliegen Luftballons an Feiertagen - drinnen haben sie nur Wasserstoff). Helium kann jedoch sieden, sich verflüssigen, schmelzen, verfestigen, und nur Helium siedet und schmilzt bei niedrigeren Temperaturen. Es ist schwierig, es zu verflüssigen, Sie benötigen eine Temperatur unter -240 Grad Celsius. Aber es hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Es löst sich fast nicht in Wasser auf, aber Metall interagiert perfekt mit Wasserstoff - es löst sich in fast allen, am besten in Palladium (850 Volumen werden für ein Volumen Wasserstoff verbraucht). Flüssiger Wasserstoff ist leicht und flüssig, und wenn er in Metallen gelöst ist, zerstört er häufig Legierungen aufgrund der Wechselwirkung mit Kohlenstoff (z. B. Stahl), Diffusion, Entkohlung tritt auf.

Chemische Eigenschaften

In Verbindungen weist Wasserstoff meist eine Oxidationsstufe (Wertigkeit) von +1 auf, wie Natrium und andere Alkalimetalle. Er gilt als ihr Analogon und steht an der Spitze der ersten Gruppe des Mendelejew-Systems. Aber das Wasserstoffion in Metallhydriden ist negativ geladen, mit einer Oxidationsstufe von -1. Außerdem ist dieses Element Halogenen nahe, die es sogar in organischen Verbindungen ersetzen können. Damit ist Wasserstoff auch der siebten Gruppe des Mendelejew-Systems zuzuordnen. Unter normalen Bedingungen unterscheiden sich Wasserstoffmoleküle nicht in ihrer Aktivität und verbinden sich nur mit den aktivsten Nichtmetallen: Es ist gut mit Fluor und wenn es leicht ist, mit Chlor. Aber beim Erhitzen wird Wasserstoff anders - er reagiert mit vielen Elementen. Atomarer Wasserstoff ist im Vergleich zu molekularem Wasserstoff chemisch sehr aktiv, sodass in Verbindung mit Sauerstoff Wasser entsteht und dabei Energie und Wärme freigesetzt werden. Bei Raumtemperatur ist diese Reaktion sehr langsam, aber wenn sie über fünfhundertfünfzig Grad erhitzt wird, kommt es zu einer Explosion.

Wasserstoff wird zur Reduktion von Metallen verwendet, weil er ihren Oxiden Sauerstoff entzieht. Mit Fluor bildet Wasserstoff selbst im Dunkeln und bei minus zweihundertzweiundfünfzig Grad Celsius eine Explosion. Chlor und Brom regen Wasserstoff nur an, wenn sie erhitzt oder beleuchtet werden, und Jod nur, wenn sie erhitzt werden. Wasserstoff und Stickstoff bilden Ammoniak (so werden die meisten Düngemittel hergestellt). Beim Erhitzen interagiert es sehr aktiv mit Schwefel und es entsteht Schwefelwasserstoff. Mit Tellur und Selen ist es schwierig, eine Wasserstoffreaktion hervorzurufen, aber mit reinem Kohlenstoff findet die Reaktion bei sehr hohen Temperaturen statt, und Methan wird erhalten. Wasserstoff bildet mit Kohlenmonoxid verschiedene organische Verbindungen, Druck, Temperatur, Katalysatoren beeinflussen hier, und all dies ist von großer praktischer Bedeutung. Im Allgemeinen ist die Rolle von Wasserstoff sowie seinen Verbindungen außerordentlich groß, da er Protonensäuren saure Eigenschaften verleiht. Mit vielen Elementen werden Wasserstoffbrückenbindungen gebildet, die die Eigenschaften sowohl anorganischer als auch organischer Verbindungen beeinflussen.

Erhalten und verwenden

Wasserstoff wird im industriellen Maßstab aus Erdgasen gewonnen - brennbare Gase, Kokereigase, Ölraffinationsgase. Es kann auch durch Elektrolyse gewonnen werden, wo Strom nicht zu teuer ist. Die wichtigste Methode der Wasserstofferzeugung ist jedoch die katalytische Reaktion von Kohlenwasserstoffen, meist Methan, mit Wasserdampf, wenn eine Umwandlung erreicht wird. Weit verbreitet ist auch das Verfahren der Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff. Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas ist der billigste Weg. Die anderen beiden sind die Nutzung von Kokereigas und Raffineriegas – bei der Verflüssigung der anderen Komponenten wird Wasserstoff freigesetzt. Sie lassen sich leichter verflüssigen, und für Wasserstoff benötigt man, wie wir uns erinnern, -252 Grad.

Wasserstoffperoxid ist sehr beliebt. Die Behandlung mit dieser Lösung wird sehr oft verwendet. Die Summenformel H 2 O 2 dürften all jene Millionen Menschen nicht nennen, die blond sein und ihre Haare aufhellen wollen, sowie diejenigen, die Sauberkeit in der Küche lieben. Selbst diejenigen, die Kratzer vom Spielen mit einem Kätzchen behandeln, merken oft nicht, dass sie eine Wasserstoffbehandlung verwenden. Aber jeder kennt die Geschichte: seit 1852 Wasserstoff lange Zeit in der Luftfahrt verwendet. Das von Henry Giffard erfundene Luftschiff basierte auf Wasserstoff. Sie wurden Zeppeline genannt. Die Zeppeline wurden durch die rasante Entwicklung des Flugzeugbaus vom Himmel gedrängt. 1937 kam es zu einem schweren Unfall, als das Luftschiff Hindenburg abbrannte. Nach diesem Vorfall wurden Zeppeline nie wieder eingesetzt. Aber am Ende des achtzehnten Jahrhunderts, die Ausbreitung Luftballons mit Wasserstoff gefüllt war allgegenwärtig. Neben der Herstellung von Ammoniak wird heute Wasserstoff für die Herstellung von Methylalkohol und anderen Alkoholen, Benzin, hydriertem Schweröl u fester Brennstoff. Beim Schweißen, beim Schneiden von Metallen kann man nicht auf Wasserstoff verzichten - es kann Sauerstoff-Wasserstoff und Atom-Wasserstoff sein. Und Tritium und Deuterium beleben die Kernenergie. Dies sind, wie wir uns erinnern, Isotope von Wasserstoff.

Neumyvakin

Wasserstoff als chemisches Element ist so gut, dass es nicht anders konnte, als seine eigenen Fans zu haben. Ivan Pavlovich Neumyvakin - Doktor der medizinischen Wissenschaften, Professor, Träger des Staatspreises und viele weitere Titel und Auszeichnungen, darunter. Als Arzt für traditionelle Medizin wurde er zum besten Volksheiler Russlands gekürt. Er war es, der viele Methoden und Prinzipien des Renderns entwickelte medizinische Versorgung Astronauten im Flug. Er war es, der ein einzigartiges Krankenhaus geschaffen hat - ein Krankenhaus an Bord eines Raumschiffs. Gleichzeitig war er Landeskoordinator der Richtung Ästhetische Medizin. Weltraum und Kosmetik. Seine Leidenschaft für Wasserstoff zielt nicht darauf ab, das große Geld zu verdienen, wie es heute in der Hausmedizin der Fall ist, sondern im Gegenteil, den Menschen beizubringen, wie man ohne zusätzliche Apothekenbesuche buchstäblich ein Pfennigmittel heilen kann.

Er fördert die Behandlung mit einem Medikament, das buchstäblich in jedem Haushalt vorhanden ist. Das ist Wasserstoffperoxid. Sie können Neumyvakin so viel kritisieren, wie Sie möchten, er wird immer noch auf sich selbst bestehen: Ja, tatsächlich kann buchstäblich alles mit Wasserstoffperoxid geheilt werden, weil es die inneren Zellen des Körpers mit Sauerstoff sättigt, Giftstoffe zerstört, Säuren und Basen normalisiert Gleichgewicht, und von hier aus werden Gewebe regeneriert, der gesamte Körper wird verjüngt. Niemand hat noch jemanden gesehen, der mit Wasserstoffperoxid geheilt wurde, geschweige denn untersucht, aber Neumyvakin behauptet, dass Sie mit diesem Mittel Virus-, Bakterien- und Pilzkrankheiten vollständig beseitigen, die Entwicklung von Tumoren und Atherosklerose verhindern, Depressionen besiegen und den Körper verjüngen können und niemals krank werden SARS und Erkältungen.

Allheilmittel

Ivan Pavlovich ist sich sicher, dass Sie mit der richtigen Anwendung dieses einfachen Medikaments und mit all den einfachen Anweisungen viele Krankheiten besiegen können, einschließlich sehr ernster. Ihre Liste ist riesig: von Parodontitis und Mandelentzündung bis hin zu Herzinfarkten, Schlaganfällen und Diabetes. Solche Kleinigkeiten wie Sinusitis oder Osteochondrose fliegen von den ersten Behandlungssitzungen weg. Selbst Krebsgeschwüre erschrecken und laufen vor Wasserstoffperoxid davon, denn das Immunsystem wird angeregt, das Leben des Körpers und seine Abwehr aktiviert.

Auch Kinder können so behandelt werden, nur sollten Schwangere vorerst besser auf Wasserstoffperoxid verzichten. Auch nicht empfehlenswert diese Methode Menschen mit transplantierten Organen wegen möglicher Gewebeunverträglichkeit. Die Dosierung sollte streng eingehalten werden: von einem Tropfen bis zu zehn, jeden Tag einen hinzufügen. Dreimal täglich (dreißig Tropfen einer dreiprozentigen Wasserstoffperoxidlösung pro Tag, wow!) eine halbe Stunde vor den Mahlzeiten. Sie können die Lösung intravenös und unter ärztlicher Aufsicht eingeben. Manchmal wird Wasserstoffperoxid für eine effektivere Wirkung mit anderen Medikamenten kombiniert. Im Inneren wird die Lösung nur in verdünnter Form verwendet - mit sauberem Wasser.

Äußerlich

Kompressen und Spülungen waren sehr beliebt, noch bevor Professor Neumyvakin seine Methoden entwickelte. Jeder weiß, dass Wasserstoffperoxid wie Alkoholkompressen nicht in reiner Form verwendet werden kann, da es zu Gewebeverbrennungen kommt, aber Warzen oder Pilzinfektionen werden lokal und mit einer starken Lösung geschmiert - bis zu fünfzehn Prozent.

Bei Hautausschlägen, bei Kopfschmerzen werden auch Eingriffe durchgeführt, an denen Wasserstoffperoxid beteiligt ist. Die Kompresse sollte mit einem Baumwolltuch durchgeführt werden, das in einer Lösung aus zwei Teelöffeln dreiprozentigem Wasserstoffperoxid und fünfzig Milligramm getränkt ist reines Wasser. Decken Sie den Stoff mit Folie ab und wickeln Sie ihn mit Wolle oder einem Handtuch ein. Die Dauer der Kompresse beträgt morgens und abends eine Viertelstunde bis anderthalb Stunden bis zur Genesung.

Meinung der Ärzte

Die Meinungen sind geteilt, nicht jeder bewundert die Eigenschaften von Wasserstoffperoxid, außerdem glauben sie ihnen nicht nur nicht, sie lachen darüber. Unter den Ärzten gibt es diejenigen, die Neumyvakin unterstützt und sogar die Entwicklung seiner Theorie aufgegriffen haben, aber sie sind in der Minderheit. Die meisten Ärzte halten einen solchen Behandlungsplan nicht nur für unwirksam, sondern oft für tödlich.

Tatsächlich gibt es noch keinen einzigen offiziell nachgewiesenen Fall, in dem ein Patient mit Wasserstoffperoxid geheilt würde. Gleichzeitig gibt es keine Informationen über die Verschlechterung der Gesundheit im Zusammenhang mit der Anwendung dieser Methode. Aber kostbare Zeit geht verloren, und eine Person, die eine der schweren Krankheiten bekommen hat und sich voll und ganz auf Neumyvakins Allheilmittel verlassen hat, läuft Gefahr, zu spät zum Beginn seiner eigentlichen traditionellen Behandlung zu kommen.

Das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist Wasserstoff. Bei Sternen hat es die Form von Kernen – Protonen – und ist das Material für thermonukleare Prozesse. Fast die Hälfte der Masse der Sonne besteht ebenfalls aus H 2 -Molekülen. Sein Inhalt in Erdkruste erreicht 0,15% und Atome sind in der Zusammensetzung von Öl, Erdgas und Wasser vorhanden. Zusammen mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff ist es ein organogenes Element, das Bestandteil aller lebenden Organismen auf der Erde ist. In unserem Artikel werden wir die physischen und Chemische Eigenschaften Wasserstoff definieren wir die Hauptbereiche seiner Anwendung in der Industrie und seine Bedeutung in der Natur.

Position im Periodensystem der chemischen Elemente von Mendelejew

Das erste Element, das das Periodensystem öffnet, ist Wasserstoff. Seine Atommasse ist 1,0079. Es hat zwei stabile (Protium und Deuterium) und ein radioaktives Isotop (Tritium). Physikalische Eigenschaften bestimmt durch den Platz des Nichtmetalls in der Tabelle chemische Elemente. Unter normalen Bedingungen ist Wasserstoff (mit der Formel H 2) ein Gas, das fast 15-mal leichter ist als Luft. Die Struktur des Atoms eines Elements ist einzigartig: Es besteht nur aus einem Kern und einem Elektron. Das Molekül einer Substanz ist zweiatomig, die darin enthaltenen Teilchen sind durch eine kovalente unpolare Bindung verbunden. Seine Energieintensität ist ziemlich hoch - 431 kJ. Dies erklärt die geringe chemische Aktivität der Verbindung unter normalen Bedingungen. Elektronische Formel Wasserstoff ist: H:H.

Die Substanz hat ganze Linie Eigenschaften, die keine Analoga unter anderen Nichtmetallen haben. Betrachten wir einige von ihnen.

Löslichkeit und Wärmeleitfähigkeit

Metalle leiten Wärme am besten, aber Wasserstoff nähert sich ihnen in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit. Die Erklärung des Phänomens liegt in der sehr hohen Geschwindigkeit der thermischen Bewegung leichter Materiemoleküle, daher kühlt ein erhitztes Objekt in einer Wasserstoffatmosphäre sechsmal schneller ab als in Luft. Die Verbindung kann sich gut in Metallen lösen, zum Beispiel können fast 900 Volumen Wasserstoff von einem Volumen Palladium absorbiert werden. Metalle können mit H 2 chemische Reaktionen eingehen, in denen sich die oxidierenden Eigenschaften von Wasserstoff manifestieren. In diesem Fall werden Hydride gebildet:

2 Na + H 2 \u003d 2 NaH.

Bei dieser Reaktion nehmen die Atome eines Elements Elektronen von Metallpartikeln auf und verwandeln sich in Anionen mit einer negativen Einheitsladung. Ein einfacher Stoff H 2 ist in diesem Fall ein Oxidationsmittel, was normalerweise nicht typisch dafür ist.

Wasserstoff als Reduktionsmittel

Metalle und Wasserstoff verbindet nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern auch die Fähigkeit ihrer Atome, in chemischen Prozessen eigene Elektronen abzugeben, also oxidiert zu werden. Beispielsweise reagieren basische Oxide mit Wasserstoff. Die Redoxreaktion endet mit der Freisetzung von reinem Metall und der Bildung von Wassermolekülen:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O.

Auch die Wechselwirkung eines Stoffes mit Sauerstoff beim Erhitzen führt zur Bildung von Wassermolekülen. Der Prozess ist exotherm und wird von der Freisetzung begleitet eine große Anzahl Wärmeenergie. Wenn ein Gasgemisch aus H 2 und O 2 im Verhältnis 2: 1 reagiert, dann heißt es, weil es beim Zünden explodiert:

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

Wasser ist und spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung der Hydrosphäre, des Klimas und des Wetters der Erde. Es stellt den Kreislauf der Elemente in der Natur bereit, unterstützt alle Lebensprozesse Organismen, die unseren Planeten bewohnen.

Wechselwirkung mit Nichtmetallen

Die wichtigsten chemischen Eigenschaften von Wasserstoff sind seine Reaktionen mit nichtmetallischen Elementen. Bei normale Bedingungen sind chemisch inert genug, sodass der Stoff nur mit Halogenen reagieren kann, beispielsweise mit Fluor oder Chlor, die unter allen Nichtmetallen am aktivsten sind. So explodiert eine Mischung aus Fluor und Wasserstoff im Dunkeln oder in der Kälte und mit Chlor - beim Erhitzen oder im Licht. Die Reaktionsprodukte sind Halogenwasserstoffe, deren wässrige Lösungen als Fluorid- und Chloridsäuren bekannt sind. C interagiert bei einer Temperatur von 450-500 Grad, einem Druck von 30-100 MPa und in Gegenwart eines Katalysators:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Die betrachteten chemischen Eigenschaften von Wasserstoff haben sehr wichtig für die Industrie. Sie können beispielsweise ein wertvolles chemisches Produkt erhalten - Ammoniak. Es ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von Salpetersäure- und Stickstoffdüngemitteln: Harnstoff, Ammoniumnitrat.

organische Materie

Zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff führt zur Produktion des einfachsten Kohlenwasserstoffs - Methan:

C + 2H 2 = CH 4.

Substanz ist das Wichtigste Bestandteil natürliche und Sie werden als verwendet wertvolle Arten Brennstoffe und Rohstoffe für die organische Syntheseindustrie.

In der Chemie der Kohlenstoffverbindungen ist ein Element in einer Vielzahl von Substanzen enthalten: Alkane, Alkene, Kohlenhydrate, Alkohole usw. Viele Reaktionen organischer Verbindungen mit H 2 -Molekülen sind bekannt. Sie tragen gemeinsamen Namen Hydrierung oder Hydrierung. Aldehyde können also mit Wasserstoff zu Alkoholen, ungesättigten Kohlenwasserstoffen zu Alkanen reduziert werden. Beispielsweise wird Ethylen in Ethan umgewandelt:

C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.

Von großer praktischer Bedeutung sind solche chemischen Eigenschaften von Wasserstoff wie beispielsweise die Hydrierung von flüssigen Ölen: Sonnenblume, Mais und Raps. Es führt zur Herstellung von festem Fett - Schmalz, das zur Herstellung von Glycerin, Seife, Stearin und Hartmargarine verwendet wird. Zur Verbesserung Aussehen Und Schmackhaftigkeit Lebensmittelprodukt, Milch, tierische Fette, Zucker, Vitamine werden hinzugefügt.

In unserem Artikel haben wir die Eigenschaften von Wasserstoff untersucht und seine Rolle in der Natur und im menschlichen Leben herausgefunden.

WASSERSTOFF (lat. Hydrogenium), H, ein chemisches Element der Gruppe VII der Kurzform (Gruppe 1 der Langform) des Periodensystems; Ordnungszahl 1, Atommasse 1,00794; Nichtmetall. In der Natur gibt es zwei stabile Isotope: Protium 1 H (99,985 Gew.-%) und Deuterium D oder 2 H (0,015 %). Künstlich hergestelltes radioaktives Tritium 3 H oder T (β-Zerfall, T 1/2 12,26 Jahre) entsteht in der Natur in vernachlässigbarer Menge in der oberen Atmosphäre durch die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung hauptsächlich mit N- und O-Kernen erhielt extrem instabile radioaktive Isotope 4 H, 5 H, 6 H.

Geschichtlicher Bezug. Wasserstoff wurde erstmals 1766 von G. Cavendish untersucht und von ihm "brennbare Luft" genannt. 1787 zeigte A. Lavoisier, dass dieses Gas bei der Verbrennung Wasser bildet, nahm es in die Liste der chemischen Elemente auf und schlug den Namen Hydrogène vor (aus dem Griechischen?δωρ – Wasser und γενν?ω – gebären).

Verbreitung in der Natur. Wasserstoffgehalt in atmosphärische Luft 3,5-10 Gew.-%, in der Erdkruste 1 %. Das Hauptreservoir für Wasserstoff auf der Erde ist Wasser (11,19 Massenprozent Wasserstoff). Wasserstoff gehört zu den biogenen Elementen, er ist Bestandteil der Verbindungen, die Kohlen, Erdöl, natürliche brennbare Gase, viele Mineralien etc. bilden. Im erdnahen Raum bildet Wasserstoff in Form eines Protonenstroms den erdinternen Strahlungsgürtel . Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Weltraum; in Form von Plasma macht es etwa 70% der Masse von Sonne und Sternen aus, der Hauptteil des interstellaren Mediums und der Gasnebel, ist in der Atmosphäre einer Reihe von Planeten in Form von H 2 , CH vorhanden 4 , NH 3 , H 2 O usw.

Eigenschaften. Die Konfiguration der Elektronenhülle des Wasserstoffatoms ist 1s 1 ; in Verbindungen weist es die Oxidationsstufen +1 und -1 auf. Elektronegativität nach Pauling 2.1; Radien (pm): atomar 46, kovalent 30, van der Waals 120; Ionisationsenergie H° → H + 1312,0 kJ/mol. Im freien Zustand bildet Wasserstoff ein zweiatomiges H 2 -Molekül, der Kernabstand beträgt 76 pm und die Dissoziationsenergie beträgt 432,1 kJ/mol (0 K). Je nach gegenseitiger Orientierung der Kernspins gibt es ortho-Wasserstoff (parallele Spins) und para-Wasserstoff (antiparallele Spins), die sich in magnetischen, optischen und thermischen Eigenschaften unterscheiden und meist im Verhältnis 3 enthalten sind: 1; die Umwandlung von para-Wasserstoff in ortho-Wasserstoff verbraucht 1418 J/mol Energie.

Wasserstoff ist ein farb-, geschmack- und geruchloses Gas; t PL -259,19 ° C, t KIP -252,77 ° C. Wasserstoff ist das leichteste und wärmeleitfähigste aller Gase: Bei 273 K beträgt die Dichte 0,0899 kg / m 3 , die Wärmeleitfähigkeit 0,1815 W / (m K). Löst sich nicht in Wasser auf; löst sich gut in vielen Metallen (am besten in Pd - bis zu 850 Vol.-%); diffundiert durch viele Materialien (z. B. Stahl). Es brennt an der Luft, bildet explosive Gemische. Fester Wasserstoff kristallisiert in einem hexagonalen Gitter; bei einem Druck über 10 4 MPa ist ein Phasenübergang unter Ausbildung einer aus Atomen aufgebauten Struktur mit metallischen Eigenschaften - dem sogenannten metallischen Wasserstoff - möglich.

Wasserstoff geht mit vielen Elementen Verbindungen ein. Mit Sauerstoff bildet es Wasser (bei Temperaturen über 550 ° C wird die Reaktion von einer Explosion begleitet), mit Stickstoff - Ammoniak, mit Halogenen - Halogenwasserstoffen, mit Metallen, intermetallischen Verbindungen und auch mit vielen Nichtmetallen (z. B. Chalkogenen ) - Hydride, mit Kohlenstoff - Kohlenwasserstoffen. Von praktischer Bedeutung sind Reaktionen mit CO (siehe Synthesegas). Wasserstoff reduziert Oxide und Halogenide vieler Metalle zu Metallen, ungesättigte Kohlenwasserstoffe zu gesättigten (siehe Hydrierung). Der Kern des Wasserstoffatoms - Proton H + - bestimmt die sauren Eigenschaften von Verbindungen. IN wässrige Lösungen H + bildet mit einem Wassermolekül ein Hydroniumion H 3 O + . In der Zusammensetzung von Molekülen verschiedene Verbindungen Wasserstoff neigt dazu, mit vielen elektronegativen Elementen Wasserstoffbrücken zu bilden.

Anwendung. Wasserstoffgas wird in der industriellen Synthese von Ammoniak, Salzsäure, Methanol u höhere Alkohole, synthetische flüssige Brennstoffe usw. für die Hydrierung von Fetten und anderen organischen Verbindungen; in der Ölraffination - für die Hydrobehandlung und das Hydrocracken von Ölfraktionen; in der Metallurgie - zur Gewinnung von Metallen (z. B. W, Mo, Re aus ihren Oxiden und Fluoriden), Schaffung einer schützenden Umgebung bei der Verarbeitung von Metallen und Legierungen; B. bei der Herstellung von Quarzglasprodukten unter Verwendung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, beim Atom-Wasserstoff-Schweißen von feuerfesten Stählen und Legierungen usw., als Traggas für Ballons. Flüssiger Wasserstoff ist ein Treibstoff in Raketen und Weltraumtechnologie; auch als Kältemittel verwendet.

Zu den wichtigsten Gewinnungsmethoden sowie zu Speicherung, Transport und Nutzung von Wasserstoff als Energieträger siehe Wasserstoffenergie.

Zündete. siehe bei st. Wasserstoffenergie.

Wasserstoff- das erste chemische Element des Periodensystems der chemischen Elemente D.I. Mendelejew. Das chemische Element Wasserstoff befindet sich in der ersten Gruppe, der Hauptuntergruppe, der ersten Periode des Periodensystems.

Relative Atommasse von Wasserstoff = 1.

Wasserstoff hat die einfachste Struktur eines Atoms, es besteht aus einem einzelnen Elektron, das sich im Kernraum befindet. Der Kern eines Wasserstoffatoms besteht aus einem Proton.

Das Wasserstoffatom kann bei chemischen Reaktionen ein Elektron abgeben und hinzufügen, wodurch zwei Arten von Ionen gebildet werden:

H0 + 1² → H1− H0 – 1² → H1+.

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Es macht etwa 88,6 % aller Atome aus (etwa 11,3 % sind Heliumatome, der Anteil aller anderen Elemente zusammen beträgt etwa 0,1 %). Wasserstoff ist also die Hauptsache Komponente Sterne und interstellares Gas. Im interstellaren Raum existiert dieses Element in Form einzelner Moleküle, Atome und Ionen und kann Molekülwolken bilden, die sich in Größe, Dichte und Temperatur erheblich unterscheiden.

Der Massenanteil von Wasserstoff in der Erdkruste beträgt 1 %. Es ist das neunthäufigste Element. Die Bedeutung von Wasserstoff für die auf der Erde ablaufenden chemischen Prozesse ist fast so groß wie die von Sauerstoff. Im Gegensatz zu Sauerstoff, der auf der Erde sowohl in gebundenem als auch in freiem Zustand existiert, liegt praktisch der gesamte Wasserstoff auf der Erde in Form von Verbindungen vor; nur eine sehr geringe Menge Wasserstoff in der Form eine einfache Substanz in der Atmosphäre enthalten (0,00005 Vol.-% für trockene Luft).

Wasserstoff ist in fast allen vorhanden organische Materie und ist in allen lebenden Zellen vorhanden.

Physikalische Eigenschaften von Wasserstoff

Eine einfache Substanz, die aus dem chemischen Element Wasserstoff besteht, hat eine molekulare Struktur. Seine Zusammensetzung entspricht der Formel H2. Wie ein chemisches Element wird auch ein einfacher Stoff als Wasserstoff bezeichnet.

Wasserstoff Es ist ein farbloses Gas, geruch- und geschmacklos, praktisch unlöslich in Wasser. Bei Raumtemperatur und normal Luftdruck die Löslichkeit beträgt 18,8 ml Gas pro 1 Liter Wasser.

Wasserstoff- das leichteste Gas, seine Dichte beträgt 0,08987 g / l. Zum Vergleich: Die Dichte von Luft beträgt 1,3 g/l.

Wasserstoff kann sich in Metallen lösen Beispielsweise können sich bis zu 850 Volumen Wasserstoff in einem Volumen Palladium lösen. Aufgrund seiner extrem kleinen Molekülgröße ist Wasserstoff in der Lage, durch viele Materialien zu diffundieren.

Wie andere Gase kondensiert Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen zu einer farblosen durchsichtigen Flüssigkeit, dies geschieht bei einer Temperatur von - 252,8 °C. Ab einer Temperatur von -259,2 °C kristallisiert Wasserstoff in Form von weißen Kristallen, ähnlich wie Schnee.

Im Gegensatz zu Sauerstoff weist Wasserstoff keine Allotropie auf.

Anwendung von Wasserstoff

Wasserstoff wird in verwendet verschiedene Branchen Industrie. Viel Wasserstoff geht in die Ammoniakproduktion (NH3). Stickstoffdünger werden aus Ammoniak gewonnen, synthetische Fasern und Kunststoffe, Medikamente.

IN Nahrungsmittelindustrie Wasserstoff wird bei der Herstellung von Margarine verwendet, die harte Fette enthält. Um sie aus flüssigen Fetten zu gewinnen, wird Wasserstoff durch sie geleitet.

Wenn Wasserstoff in Sauerstoff verbrennt, liegt die Flammentemperatur bei ca 2500 °C. Bei dieser Temperatur können Refraktärmetalle geschmolzen und geschweißt werden. Daher wird beim Schweißen Wasserstoff verwendet.

Als Raketentreibstoff wird ein Gemisch aus flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff verwendet.

Derzeit haben einige Länder mit der Forschung begonnen, nicht erneuerbare Energiequellen (Öl, Gas, Kohle) durch Wasserstoff zu ersetzen. Wenn Wasserstoff in Sauerstoff verbrannt wird, schont man die Umwelt reines Produkt- Wasser, nicht Kohlendioxid, das den Treibhauseffekt verursacht.

Wissenschaftler schlagen vor, dass Mitte des 21. Jahrhunderts die Massenproduktion von wasserstoffbetriebenen Autos beginnen sollte. Eine breite Anwendung finden Haushaltsbrennstoffzellen, deren Arbeit ebenfalls auf der Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff basiert.

Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts Zu Beginn der Ära der Luftfahrt wurden Ballons, Luftschiffe und Ballons mit Wasserstoff gefüllt, da es viel leichter als Luft ist. Die Ära der Luftschiffe begann jedoch nach der Katastrophe, die dem Luftschiff widerfuhr, schnell in die Vergangenheit zu verschwinden Hindenburg. 6. Mai 1937 Luftschiff, mit Wasserstoff gefüllt, fing Feuer, was zum Tod von Dutzenden seiner Passagiere führte.

Wasserstoff ist in bestimmten Anteilen mit Sauerstoff extrem explosiv. Die Nichteinhaltung der Sicherheitsvorschriften führte zur Zündung und Explosion des Luftschiffs.

• Wasserstoff- das erste chemische Element des Periodensystems der chemischen Elemente D.I. Mendelejew
• Wasserstoff befindet sich in Gruppe I, Hauptuntergruppe, Periode 1 des Periodensystems
• Wasserstoffwertigkeit in Verbindungen - I
• Wasserstoff Farbloses Gas, geruchs- und geschmacksneutral, praktisch unlöslich in Wasser
• Wasserstoff- das leichteste Gas
• Flüssiger und fester Wasserstoff wird bei niedrigen Temperaturen hergestellt
• Wasserstoff kann sich in Metallen lösen
• Wasserstoffanwendungen sind vielfältig

Es nimmt den ersten Platz im Periodensystem der chemischen Elemente von Mendeleev ein und wird mit dem Symbol H bezeichnet.

Lesen Sie den Artikel und besuchen Sie die Website www.h2miraclewater-russia.ru für weitere Informationen über Wasserstoffmaschinen und Wasserstoffwasser.