Ūdeņraža veidošanās. Dažādas ūdeņraža formas

Visizplatītākais ķīmiskais elements Visumā ir ūdeņradis. Tas ir sava veida atskaites punkts, jo periodiskajā tabulā tā atomskaitlis ir vienāds ar vienu. Cilvēce cer, ka tā varēs uzzināt vairāk par to kā vienu no iespējamiem transportlīdzekļiem nākotnē. Ūdeņradis ir vienkāršākais, vieglākais, visizplatītākais elements, tā visur ir daudz – septiņdesmit pieci procenti no kopējās vielas masas. Tas ir jebkurā zvaigznē, it īpaši gāzes gigantos. Tās loma zvaigžņu saplūšanas reakcijās ir būtiska. Bez ūdeņraža nav ūdens, kas nozīmē, ka nav dzīvības. Ikviens atceras, ka ūdens molekulā ir viens skābekļa atoms, un divi atomi tajā ir ūdeņradis. Šī ir labi zināmā formula H2O.

Kā mēs to izmantojam

Atklāja ūdeņradi 1766. gadā Henrijs Kavendišs, analizējot metāla oksidācijas reakciju. Pēc vairāku gadu novērojumiem viņš saprata, ka ūdeņraža sadegšanas laikā veidojas ūdens. Iepriekš zinātnieki izolēja šo elementu, taču neuzskatīja to par neatkarīgu. 1783. gadā ūdeņradis saņēma nosaukumu ūdeņradis (tulkojumā no grieķu valodas “hydro” - ūdens un “gen” - dzemdēt). Elements, kas ražo ūdeni, ir ūdeņradis. Šī ir gāze, kuras molekulārā formula ir H2. Ja temperatūra ir tuvu istabas temperatūrai un spiediens ir normāls, šis elements ir nemanāms. Ūdeņradi var pat neatklāt ar cilvēka maņām – tas ir bez garšas, bezkrāsas un bez smaržas. Bet zem spiediena un -252,87 C temperatūrā (ļoti aukstā!) šī gāze sašķidrinās. Tādā veidā tas tiek uzglabāts, jo gāzes veidā tas aizņem daudz vairāk vietas. Šķidrais ūdeņradis tiek izmantots kā raķešu degviela.

Ūdeņradis var kļūt ciets, metālisks, taču tam ir nepieciešams īpaši augsts spiediens, un to šobrīd dara visievērojamākie zinātnieki – fiziķi un ķīmiķi. Jau tagad šis elements kalpo kā alternatīva degviela transportam. Tās pielietojums ir līdzīgs tam, kā darbojas dzinējs iekšējā degšana: Kad ūdeņradis tiek sadedzināts, izdalās liela daļa tā ķīmiskās enerģijas. Praktiski izstrādāta arī uz tās bāzes veidota kurināmā elementa izveides metode: savienojoties ar skābekli, notiek reakcija, un caur to veidojas ūdens un elektrība. Iespējams, drīz transports “pārslēgsies” no benzīna uz ūdeņradi - daudzi autoražotāji ir ieinteresēti radīt alternatīvus degošus materiālus, un ir arī panākumi. Bet tīri ūdeņraža dzinējs vēl ir nākotnē, šeit ir daudz grūtību. Tomēr priekšrocības ir tādas, ka degvielas tvertnes izveide ar cieto ūdeņradi rit pilnā sparā, un zinātnieki un inženieri negrasās atkāpties.

Pamati

Ūdeņradis (lat.) - ūdeņradis, pirmais kārtas numurs periodiskajā tabulā, ir apzīmēts ar H. Ūdeņraža atoma masa ir 1,0079, tā ir gāze, kurai nav normāli apstākļi bez garšas, bez smaržas, bez krāsas. Ķīmiķi kopš sešpadsmitā gadsimta ir aprakstījuši noteiktu uzliesmojošu gāzi, apzīmējot to dažādos veidos. Bet tas darbojās visiem vienādos apstākļos - kad metāls tika pakļauts skābes iedarbībai. Ūdeņradi, pat pats Kavendišs, daudzus gadus sauca vienkārši par “uzliesmojošu gaisu”. Tikai 1783. gadā Lavuazjē ar sintēzes un analīzes palīdzību pierādīja, ka ūdenim ir sarežģīts sastāvs, un četrus gadus vēlāk viņš piešķīra “degošajam gaisam” tā mūsdienu nosaukumu. Šī sakne saliktais vārds tiek plaši izmantots, ja nepieciešams nosaukt ūdeņraža savienojumus un visus procesus, kuros tas ir iesaistīts. Piemēram, hidrogenēšana, hidrīds un tamlīdzīgi. Un krievu nosaukumu 1824. gadā ierosināja M. Solovjovs.

Dabā šī elementa sadalījumam nav vienāda. Zemes garozas litosfērā un hidrosfērā tās masa ir viens procents, bet ūdeņraža atomu – pat sešpadsmit procenti. Ūdens ir visvairāk uz Zemes, un 11,19% no tā masas ir ūdeņradis. Tas noteikti ir arī gandrīz visos savienojumos, kas veido eļļu, ogles, visas dabasgāzes un mālu. Ūdeņradis ir visos augu un dzīvnieku organismos – olbaltumvielās, taukos, nukleīnskābes, ogļhidrāti un tā tālāk. Brīvais stāvoklis ūdeņradim nav raksturīgs un gandrīz nekad nenotiek - dabas un vulkāniskās gāzēs tā ir ļoti maz. Ļoti nenozīmīgs ūdeņraža daudzums atmosfērā ir 0,0001%, pēc atomu skaita. Bet veselas protonu plūsmas pārstāv ūdeņradi tuvu Zemei, kas veido mūsu planētas iekšējo starojuma joslu.

Kosmoss

Neviens elements kosmosā nav tik izplatīts kā ūdeņradis. Ūdeņraža tilpums Saules elementos ir vairāk nekā puse no tās masas. Lielākā daļa zvaigžņu ražo ūdeņradi plazmas veidā. Lielāko daļu dažādu miglāju un starpzvaigžņu vides gāzu veido arī ūdeņradis. Tas atrodas komētās un vairāku planētu atmosfērā. Protams, ne iekšā tīrā formā, - dažreiz kā brīvs H 2, dažreiz kā metāns CH 4, dažreiz kā amonjaks NH 3, pat kā ūdens H 2 O. Radikāļi CH, NH, SiN, OH, PH un tamlīdzīgi ir ļoti izplatīti. Kā protonu plūsma ūdeņradis ir daļa no korpuskulāra saules starojums un kosmiskie stari.

Parastā ūdeņražā divu stabilu izotopu maisījums ir vieglais ūdeņradis (vai protium 1 H) un smagais ūdeņradis (vai deitērijs - 2 H vai D). Ir arī citi izotopi: radioaktīvais tritijs - 3 H vai T, pretējā gadījumā - supersmagais ūdeņradis. Un arī ļoti nestabils 4 N. Dabā ūdeņraža savienojums satur izotopus šādās proporcijās: vienam deitērija atomam ir 6800 protija atomu. Tritijs veidojas atmosfērā no slāpekļa, kuru ietekmē neitroni no kosmiskajiem stariem, bet niecīgā daudzumā. Ko nozīmē izotopu masas skaitļi? Skaitlis norāda, ka protija kodolā ir tikai viens protons, savukārt deitērija atoma kodolā ir ne tikai protons, bet arī neitrons. Tritijam tā kodolā jau ir divi neitroni katram protonam. Bet 4H satur trīs neitronus uz vienu protonu. Tāpēc ūdeņraža izotopu fizikālās un ķīmiskās īpašības ir ļoti atšķirīgas salīdzinājumā ar visu pārējo elementu izotopiem – masas atšķirība ir pārāk liela.

Struktūra un fizikālās īpašības

Ūdeņraža atoma struktūra ir visvienkāršākā salīdzinājumā ar visiem pārējiem elementiem: viens kodols - viens elektrons. Jonizācijas potenciāls - kodola saistīšanas ar elektronu enerģija - 13,595 elektronvolti (eV). Tieši šīs struktūras vienkāršības dēļ ūdeņraža atoms ir ērts kā modelis kvantu mehānikā, kad nepieciešams aprēķināt enerģijas līmeņi sarežģītāki atomi. H2 molekulā ir divi atomi, kurus savieno ķīmiskā kovalentā saite. Sabrukšanas enerģija ir ļoti augsta. Atomu ūdeņradis var veidoties ķīmiskās reakcijās, piemēram, cinkā un sālsskābē. Taču mijiedarbība ar ūdeņradi praktiski nenotiek – ūdeņraža atomu stāvoklis ir ļoti īss, atomi uzreiz rekombinējas H 2 molekulās.

No fizikālā viedokļa ūdeņradis ir vieglāks par visām zināmajām vielām - vairāk nekā četrpadsmit reizes vieglāks par gaisu (atcerieties aizlidošanu baloni brīvdienās - tajās ir ūdeņradis). Tomēr tas var vārīties, sašķidrināt, izkausēt, sacietēt, un tikai hēlijs vārās un kūst zemākā temperatūrā. Ir grūti sašķidrināt, jums ir nepieciešama temperatūra zem -240 grādiem pēc Celsija. Bet tam ir ļoti augsta siltuma vadītspēja. Tas gandrīz nešķīst ūdenī, bet labi mijiedarbojas ar metālu ūdeņradi - tas šķīst gandrīz visos, vislabāk pallādijā (vienam tilpumam ūdeņraža nepieciešami astoņi simti piecdesmit tilpumi). Šķidrais ūdeņradis ir viegls un šķidrs, un, izšķīdinot metālos, tas bieži iznīcina sakausējumus mijiedarbības ar oglekli (piemēram, tēraudu) dēļ, notiek difūzija un dekarbonizācija.

Ķīmiskās īpašības

Savienojumos lielākoties ūdeņraža oksidācijas pakāpe (valence) ir +1, tāpat kā nātrijs un citi sārmu metāli. To uzskata par to analogu, kas atrodas periodiskās sistēmas pirmās grupas priekšgalā. Bet ūdeņraža jons metālu hidrīdos ir negatīvi uzlādēts ar oksidācijas pakāpi -1. Šis elements ir arī tuvs halogēniem, kas pat spēj to aizstāt organiskajos savienojumos. Tas nozīmē, ka ūdeņradi var attiecināt arī uz periodiskās sistēmas septīto grupu. Normālos apstākļos ūdeņraža molekulas pēc aktivitātes neatšķiras, apvienojoties tikai ar aktīvākajiem nemetāliem: labi ar fluoru, un, ja vieglas - ar hloru. Bet sildot, ūdeņradis kļūst citādāks – reaģē ar daudziem elementiem. Atomu ūdeņradis, salīdzinot ar molekulāro ūdeņradi, ir ļoti ķīmiski aktīvs, tāpēc savienojumā ar skābekli veidojas ūdens, vienlaikus izdalās enerģija un siltums. Istabas temperatūrā šī reakcija norit ļoti lēni, bet, uzkarsējot virs piecsimt piecdesmit grādiem, notiek sprādziens.

Ūdeņradi izmanto metālu reducēšanai, jo tas atdala skābekli no to oksīdiem. Ar fluoru ūdeņradis veido sprādzienu pat tumsā un pie mīnus divsimt piecdesmit diviem grādiem pēc Celsija. Hlors un broms ierosina ūdeņradi tikai sildot vai apgaismotu, un jodu tikai sildot. Ūdeņradis un slāpeklis veido amonjaku (tādā veidā tiek izgatavota lielākā daļa mēslošanas līdzekļu). Sildot, tas ļoti aktīvi reaģē ar sēru, un tiek iegūts sērūdeņradis. Ar telūru un selēnu ir grūti izraisīt ūdeņraža reakciju, bet ar tīru oglekli reakcija notiek ļoti augstā temperatūrā, un tiek iegūts metāns. Ūdeņradis veido dažādus organiskus savienojumus ar oglekļa monoksīdu, to ietekmē katalizatori, un tam visam ir liela praktiska nozīme. Kopumā ūdeņraža, kā arī tā savienojumu loma ir ārkārtīgi svarīga, jo tā piešķir protoskābēm skābas īpašības. Ūdeņraža saite veidojas ar daudziem elementiem, kas ietekmē gan neorganisko, gan organisko savienojumu īpašības.

Saņemšana un lietošana

Ūdeņradi rūpnieciskā mērogā ražo no dabasgāzēm – degošām gāzēm, koksa krāsns gāzes un naftas rafinēšanas gāzēm. To var ražot arī ar elektrolīzi, kur elektrība nav pārāk dārga. Tomēr vissvarīgākā metode ūdeņraža iegūšanai ir ogļūdeņražu, galvenokārt metāna, katalītiskā mijiedarbība ar ūdens tvaikiem, kur tiek iegūta konversija. Plaši tiek izmantota arī ogļūdeņražu oksidēšanas metode ar skābekli. Ūdeņraža ražošana no dabasgāze ir lētākais veids. Pārējās divas ir koksa krāsns gāzes un rafinēšanas gāzes izmantošana – ūdeņradis tiek atbrīvots, kad atlikušās sastāvdaļas tiek sašķidrinātas. Tie ir vieglāk sašķidrināmi, un ūdeņradim, kā mēs atceramies, nepieciešami -252 grādi.

Ūdeņraža peroksīds ir ļoti populārs lietošanā. Ārstēšana ar šo šķīdumu tiek izmantota ļoti bieži. Molekulāro formulu H 2 O 2 diez vai nosauks visi tie miljoni cilvēku, kuri vēlas būt blondīnes un gaišināt matus, kā arī tie, kas mīl tīrību virtuvē. Pat tie, kas ārstē skrāpējumus, kas iegūti spēlējoties ar kaķēnu, visbiežāk neapzinās, ka izmanto apstrādi ar ūdeņradi. Bet visi zina vēsturi: kopš 1852. gada ūdeņradis uz ilgu laiku izmanto aeronautikā. Henrija Gifarda izgudrotais dirižablis tika izveidots uz ūdeņraža bāzes. Tos sauca par cepelīniem. Cepelīnus no debesīm izdzina straujā lidmašīnu ražošanas attīstība. 1937. gadā notika liela avārija, kad nodega Hindenburgas dirižablis. Pēc šī gadījuma cepelīnus vairs nelietoja. Bet astoņpadsmitā gadsimta beigās izplatība baloni, piepildīts ar ūdeņradi, bija visuresošs. Papildus amonjaka ražošanai ūdeņradis tagad ir nepieciešams metilspirta un citu spirtu, benzīna, hidrogenētas mazuta un mazuta ražošanai. cietais kurināmais. Bez ūdeņraža nevar iztikt metinot, griežot metālus - tas var būt skābeklis-ūdeņradis un atomūdeņradis. Un tritijs un deitērijs dod dzīvību kodolenerģijai. Tie, kā mēs atceramies, ir ūdeņraža izotopi.

Neumyvakin

Ūdeņradis ir tik labs ķīmiskais elements, ka tam ir savi cienītāji. Ivans Pavlovičs Neumyvakins ir medicīnas zinātņu doktors, profesors, Valsts balvas laureāts, un viņam ir daudz citu titulu un apbalvojumu, tostarp. Būdams tradicionālās medicīnas ārsts, viņš tiek nosaukts par labāko tautas dziednieku Krievijā. Tieši viņš izstrādāja daudzas nodrošināšanas metodes un principus medicīniskā aprūpe astronautiem lidojumā. Tieši viņš izveidoja unikālu slimnīcu – slimnīcu uz kosmosa kuģa. Tajā pašā laikā viņš bija valsts kosmētiskās medicīnas koordinators. Kosmoss un kosmētika. Viņa aizraušanās ar ūdeņradi nav vērsta uz lielas naudas pelnīšanu, kā tas ir tagad mājas medicīnā, bet gan, gluži pretēji, uz mācīšanu cilvēkiem, kā burtiski ar santīma līdzekli izārstēt jebko, bez papildu aptiekas apmeklējuma.

Viņš veicina ārstēšanu ar zālēm, kas ir burtiski katrā mājā. Tas ir ūdeņraža peroksīds. Jūs varat kritizēt Neumyvakin, cik vēlaties, viņš joprojām uzstās uz savu: jā, tiešām, burtiski visu var izārstēt ar ūdeņraža peroksīdu, jo tas piesātina ķermeņa iekšējās šūnas ar skābekli, iznīcina toksīnus, normalizē skābi un sārmainu. Līdzsvars, un no šejienes tiek atjaunoti audi, viss ķermenis tiek atjaunots organisms. Neviens vēl nav redzējis nevienu izārstētu ar ūdeņraža peroksīdu, vēl mazāk izmeklējis, taču Neumyvakin apgalvo, ka, izmantojot šo līdzekli, var pilnībā atbrīvoties no vīrusu, baktēriju un sēnīšu slimībām, novērst audzēju un aterosklerozes attīstību, uzveikt depresiju, atjaunot spēkus. ķermeni un nekad nesaslimt ar ARVI un saaukstēšanos.

Panaceja

Ivans Pavlovičs ir pārliecināts, ka, pareizi lietojot šīs vienkāršās zāles un ievērojot visus vienkāršos norādījumus, jūs varat pārvarēt daudzas slimības, tostarp ļoti nopietnas. Saraksts ir milzīgs: no periodonta slimībām un tonsilīta līdz miokarda infarktam, insultiem un cukura diabēts. Tādi sīkumi kā sinusīts vai osteohondroze pazūd no pirmajām ārstēšanas sesijām. Pat vēža audzēji nobīstas un bēg no ūdeņraža peroksīda, jo tiek stimulēta imūnsistēma, aktivizējas organisma dzīvība un tā aizsardzība.

Tādā veidā var ārstēt pat bērnus, izņemot to, ka grūtniecēm pagaidām labāk atturēties no ūdeņraža peroksīda lietošanas. Arī nav ieteicams šī metode cilvēki ar transplantētiem orgāniem iespējamās audu nesaderības dēļ. Stingri jāievēro deva: no viena piliena līdz desmit, pievienojot vienu katru dienu. Trīs reizes dienā (trīsdesmit pilienus trīs procentu ūdeņraža peroksīda šķīduma dienā, oho!) pusstundu pirms ēšanas. Šķīdumu var ievadīt intravenozi un ārsta uzraudzībā. Dažreiz ūdeņraža peroksīds tiek kombinēts ar citām zālēm, lai panāktu efektīvāku efektu. Šķīdumu iekšēji lieto tikai atšķaidītā veidā - ar tīru ūdeni.

Ārēji

Pat pirms profesors Neumyvakin radīja savu metodi, kompreses un skalošanas bija ļoti populāri. Ikviens zina, ka tāpat kā spirta kompreses, arī ūdeņraža peroksīdu nevar lietot tīrā veidā, jo tas radīs audu apdegumus, bet kārpas vai sēnīšu infekciju lokāli ieeļļo ar stipru šķīdumu – līdz piecpadsmit procentiem.

Ādas izsitumiem un galvassāpēm tiek veiktas arī procedūras, kas saistītas ar ūdeņraža peroksīdu. Komprese jāizgatavo, izmantojot kokvilnas audumu, kas samērcēts šķīdumā, kas satur divas tējkarotes trīs procentu ūdeņraža peroksīda un piecdesmit miligramus. tīrs ūdens. Pārklājiet audumu ar plēvi un aptiniet to ar vilnu vai dvieli. Komprese ilgst no ceturtdaļas stundas līdz pusotrai stundai no rīta un vakarā līdz atveseļošanai.

Ārstu viedoklis

Viedokļi dalās; Ārstu vidū ir arī tie, kas atbalstīja Neumyvakinu un pat uzsāka viņa teorijas izstrādi, taču viņi ir mazākumā. Lielākā daļa ārstu uzskata, ka šāda veida ārstēšana ir ne tikai neefektīva, bet arī bieži vien postoša.

Patiešām, vēl nav neviena oficiāli pierādīta gadījuma, kurā pacients būtu izārstēts ar ūdeņraža peroksīdu. Tajā pašā laikā nav informācijas par veselības pasliktināšanos saistībā ar šīs metodes izmantošanu. Bet dārgais laiks tiek zaudēts, un cilvēks, kurš ir saslimis ar kādu no nopietnajām slimībām un pilnībā paļaujas uz Neumyvakin panaceju, riskē novēloti uzsākt savu īsto tradicionālo ārstēšanu.

Visizplatītākais elements Visumā ir ūdeņradis. Attiecībā uz zvaigznēm tai ir kodolu - protonu - forma, un tas ir materiāls kodoltermisko procesu veikšanai. Gandrīz pusi no Saules masas veido arī H 2 molekulas. Tās saturs iekšā zemes garoza sasniedz 0,15%, un atomi atrodas eļļā, dabasgāzē un ūdenī. Kopā ar skābekli, slāpekli un oglekli tas ir organogēns elements, kas ir daļa no visiem dzīvajiem organismiem uz Zemes. Mūsu rakstā mēs pētīsim fizisko un ķīmiskās īpašībasūdeņradi, noteiksim galvenās tā pielietojuma jomas rūpniecībā un nozīmi dabā.

Pozīcija Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskajā tabulā

Pirmais elements, kas atklāj periodisko tabulu, ir ūdeņradis. Viņa atomu masa ir 1,0079. Tam ir divi stabili izotopi (protijs un deitērijs) un viens radioaktīvais izotops (tritijs). Fizikālās īpašības nosaka nemetāla vieta tabulā ķīmiskie elementi. Normālos apstākļos ūdeņradis (tā formula ir H2) ir gāze, kas ir gandrīz 15 reizes vieglāka par gaisu. Elementa atoma struktūra ir unikāla: tas sastāv tikai no kodola un viena elektrona. Vielas molekula ir diatomiska, tajā esošās daļiņas ir savienotas, izmantojot kovalentu nepolāru saiti. Tā enerģijas intensitāte ir diezgan augsta - 431 kJ. Tas izskaidro savienojuma zemo ķīmisko aktivitāti normālos apstākļos. Elektroniskā formulaūdeņradis ir: H:H.

Vielai ir arī vesela sērijaīpašības, kurām nav analogu starp citiem nemetāliem. Apskatīsim dažus no tiem.

Šķīdība un siltumvadītspēja

Vislabāk siltumu vada metāli, bet ūdeņradis tiem ir tuvu siltumvadītspējas ziņā. Parādības skaidrojums slēpjas vielas gaismas molekulu ļoti lielajā termiskās kustības ātrumā, tāpēc ūdeņraža atmosfērā sakarsis objekts atdziest 6 reizes ātrāk nekā gaisā. Savienojums var labi šķīst metālos, piemēram, gandrīz 900 tilpumu ūdeņraža var absorbēt viens tilpums palādija. Metāli var nonākt ķīmiskās reakcijās ar H2, kurās izpaužas ūdeņraža oksidējošās īpašības. Šajā gadījumā veidojas hidrīdi:

2Na + H2 =2 NaH.

Šajā reakcijā elementa atomi pieņem elektronus no metāla daļiņām, kļūstot par anjoniem ar vienu negatīvu lādiņu. Vienkāršā viela H2 šajā gadījumā ir oksidētājs, kas parasti tai nav raksturīgs.

Ūdeņradis kā reducētājs

Metālus un ūdeņradi vieno ne tikai augstā siltumvadītspēja, bet arī to atomu spēja ķīmiskajos procesos atdot savus elektronus, tas ir, oksidēties. Piemēram, bāzes oksīdi reaģē ar ūdeņradi. Redoksreakcija beidzas ar tīra metāla izdalīšanos un ūdens molekulu veidošanos:

CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

Vielas mijiedarbība ar skābekli karsējot izraisa arī ūdens molekulu veidošanos. Process ir eksotermisks, un to pavada atbrīvošanās liels daudzums siltumenerģija. Ja H 2 un O 2 gāzu maisījums reaģē proporcijā 2: 1, tad to sauc, jo aizdedzinot tas eksplodē:

2H2 + O2 = 2H2O.

Ūdens ir un spēlē būtisku lomu Zemes hidrosfēras, klimata un laikapstākļu veidošanā. Tas nodrošina elementu ciklu dabā, atbalsta visu dzīves procesiem organismi, kas apdzīvo mūsu planētu.

Mijiedarbība ar nemetāliem

Svarīgākās ūdeņraža ķīmiskās īpašības ir tā reakcija ar nemetāliskiem elementiem. Plkst normāli apstākļi ir diezgan ķīmiski inerti, tāpēc viela var reaģēt tikai ar halogēniem, piemēram, ar fluoru vai hloru, kas ir visaktīvākie starp visiem nemetāliem. Tādējādi fluora un ūdeņraža maisījums eksplodē tumsā vai aukstumā, bet ar hloru - sildot vai gaismā. Reakcijas produkti būs ūdeņraža halogenīdi, kuru ūdens šķīdumi ir pazīstami kā fluorīda un hlorīda skābes. C mijiedarbojas 450-500 grādu temperatūrā, 30-100 mPa spiedienā un katalizatora klātbūtnē:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

Aplūkotās ūdeņraža ķīmiskās īpašības piemīt liela vērtība rūpniecībai. Piemēram, jūs varat iegūt vērtīgu ķīmisko produktu - amonjaku. Tā ir galvenā izejviela nitrātskābes un slāpekļa mēslošanas līdzekļu ražošanai: urīnviela, amonija nitrāts.

Organiskās vielas

Starp oglekli un ūdeņradi tiek iegūts vienkāršākais ogļūdeņradis - metāns:

C+2H2=CH4.

Viela ir vissvarīgākā neatņemama sastāvdaļa dabisks un Tie tiek izmantoti k vērtīgas sugas kurināmais un izejvielas organiskās sintēzes nozarei.

Oglekļa savienojumu ķīmijā šis elements ir daļa no ļoti daudzām vielām: alkāniem, alkēniem, ogļhidrātiem, spirtiem utt. Ir zināmas daudzas organisko savienojumu reakcijas ar H 2 molekulām. Viņi valkā parastais nosaukums- hidrogenēšana vai hidrogenēšana. Tādējādi aldehīdus ar ūdeņradi var reducēt līdz spirtiem, nepiesātinātos ogļūdeņražus - par alkāniem. Piemēram, etilēns tiek pārveidots par etānu:

C2H4 + H2 = C2H6.

Liela praktiska nozīme ir ūdeņraža ķīmiskajām īpašībām, piemēram, šķidro eļļu hidrogenēšanai: saulespuķu, kukurūzas, rapšu sēklām. Tā rezultātā veidojas cietie tauki – speķis, ko izmanto glicerīna, ziepju, stearīna, cietā margarīna ražošanā. Lai uzlabotu izskats Un garšas īpašības pārtikas produktam pievieno pienu, dzīvnieku taukus, cukuru un vitamīnus.

Mūsu rakstā mēs pētījām ūdeņraža īpašības un noskaidrojām tā lomu dabā un cilvēka dzīvē.

ŪDEŅRADS (Latin Hydrogenium), H, periodiskās sistēmas īsās formas VII grupas ķīmiskais elements (garās formas 1. grupa); atomskaitlis 1, atommasa 1,00794; nemetāla. Dabā ir divi stabili izotopi: protijs 1H (99,985% pēc masas) un deitērijs D jeb 2H (0,015%). Mākslīgi iegūtais radioaktīvais tritijs 3 H jeb T (ß-sabrukšana, T 1/2 12,26 gadi) dabā veidojas nelielos daudzumos atmosfēras augšējos slāņos kosmiskā starojuma mijiedarbības rezultātā galvenokārt ar N un O. Mākslīgi iegūti ārkārtīgi nestabili radioaktīvie izotopi 4 H, 5 H, 6 H.

Vēsturiskā informācija.Ūdeņradi 1766. gadā pirmo reizi pētīja G. Kavendišs, un viņš to nosauca par "uzliesmojošu gaisu". 1787. gadā A. Lavuazjē parādīja, ka šī gāze degot veido ūdeni, iekļāva to ķīmisko elementu sarakstā un ierosināja nosaukumu hidrogēns (no grieķu?δωρ — ūdens un γενν?ω — dzemdēt).

Izplatība dabā.Ūdeņraža saturs iekšā atmosfēras gaiss 3,5-10% pēc masas, 1% zemes garozā. Galvenais ūdeņraža rezervuārs uz Zemes ir ūdens (11,19% ūdeņraža pēc masas). Ūdeņradis ir biogēns elements un ir daļa no savienojumiem, kas veido ogles, naftu, dabīgas degošas gāzes, daudzus minerālus utt. Zemei tuvākajā kosmosā ūdeņradis protonu plūsmas veidā veido Zemes iekšējo radiācijas joslu. Ūdeņradis ir visizplatītākais elements kosmosā; plazmas veidā tas veido aptuveni 70% no Saules un zvaigžņu masas, lielākā daļa starpzvaigžņu vides un gāzveida miglājiem, atrodas vairāku planētu atmosfērā H 2, CH 4 formā, NH 3, H 2 O utt.

Īpašības. Ūdeņraža atoma elektronu apvalka konfigurācija ir 1s 1; savienojumos uzrāda oksidācijas pakāpi +1 un -1. Elektronegativitāte saskaņā ar Polinga 2.1; rādiusi (pm): atoms 46, kovalentais 30, van der Vāls 120; jonizācijas enerģija Н°→ Н + 1312,0 kJ/mol. Brīvā stāvoklī ūdeņradis veido divatomisku H 2 molekulu, attālums starp kodoliem ir 76 pm, disociācijas enerģija ir 432,1 kJ/mol (0 K). Atkarībā no kodola spinu relatīvās orientācijas ir ortoūdeņradis (paralēlie spini) un paraūdeņraži (pretparalēlie spini), kas atšķiras pēc magnētiskajām, optiskajām un termiskajām īpašībām un parasti atrodas attiecībā 3:1; para-ūdeņraža pārvēršanai par ortoūdeņradi nepieciešams 1418 J/mol enerģijas.

Ūdeņradis ir bezkrāsaina, bez garšas un smaržas gāze; t PL -259,19 °C, t KIP -252,77 °C. Ūdeņradis ir vieglākais un siltumvadītākais no visām gāzēm: 273 K temperatūrā blīvums ir 0,0899 kg/m 3, siltumvadītspēja ir 0,1815 W/(m K). Nešķīst ūdenī; labi šķīst daudzos metālos (vislabāk Pd - līdz 850% pēc tilpuma); izkliedējas caur daudziem materiāliem (piemēram, tēraudu). Deg gaisā un veido sprādzienbīstamus maisījumus. Cietais ūdeņradis kristalizējas sešstūra režģī; pie spiediena virs 10 4 MPa ir iespējama fāzes pāreja, veidojoties no atomiem veidotai struktūrai ar metāliskām īpašībām - tā saukto metālisko ūdeņradi.

Ūdeņradis veido savienojumus ar daudziem elementiem. Ar skābekli tas veido ūdeni (temperatūrā virs 550 °C reakciju pavada sprādziens), ar slāpekli - amonjaku, ar halogēniem - ūdeņraža halogenīdus, ar metāliem, intermetāliskus savienojumus, kā arī ar daudziem nemetāliem (piemēram, halkogēni) - hidrīdi, ar oglekli - ogļūdeņraži. Reakcijām ar CO ir praktiska nozīme (sk. Sintēzes gāze). Ūdeņradis reducē daudzu metālu oksīdus un halogenīdus par metāliem, bet nepiesātinātos ogļūdeņražus par piesātinātajiem (skat. Hidrogenēšana). Ūdeņraža atoma kodols - H + protons - nosaka savienojumu skābās īpašības. IN ūdens šķīdumi H + ar ūdens molekulu veido hidronija jonu H 3 O +. Sastāv no molekulām dažādi savienojumiŪdeņradim ir tendence veidot ūdeņraža saites ar daudziem elektronegatīviem elementiem.

Pieteikums. Ūdeņraža gāzi izmanto amonjaka, sālsskābes, metanola un rūpnieciskajā sintēzē augstākie spirti, sintētiskā šķidrā degviela utt., tauku un citu organisko savienojumu hidrogenēšanai; naftas pārstrādē - naftas frakciju hidroapstrādei un hidrokrekingam; metalurģijā - iegūt metālus (piemēram, W, Mo, Re no to oksīdiem un fluorīdiem), radīt aizsargvidi, apstrādājot metālus un sakausējumus; kvarca stikla izstrādājumu ražošanā, izmantojot ūdeņraža-skābekļa liesmu, ugunsizturīgo tēraudu un sakausējumu atomu-ūdeņraža metināšanai utt., kā pacelšanas gāzi baloniem. Šķidrais ūdeņradis ir degviela raķetēs un kosmosa tehnoloģija; izmanto arī kā aukstumaģentu.

Informāciju par galvenajām ražošanas metodēm, kā arī ūdeņraža kā enerģijas nesēja uzglabāšanu, transportēšanu un izmantošanu skatiet sadaļā Ūdeņraža enerģija.

Lit. apskatīt Art. Ūdeņraža enerģija.

Ūdeņradis– ķīmisko elementu periodiskās tabulas pirmais ķīmiskais elements D.I. Mendeļejevs. Ķīmiskais elements ūdeņradis atrodas Periodiskās sistēmas pirmajā grupā, galvenajā apakšgrupā, pirmajā periodā.

Ūdeņraža relatīvā atomu masa = 1.

Ūdeņradim ir visvienkāršākā atomu struktūra, tas sastāv no viena elektrona, kas atrodas perinukleārajā telpā. Ūdeņraža atoma kodols sastāv no viena protona.

Ūdeņraža atoms ķīmiskās reakcijās var dot vai iegūt elektronu, veidojot divu veidu jonus:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Ūdeņradis– visizplatītākais elements Visumā. Tas veido aptuveni 88,6% no visiem atomiem (apmēram 11,3% ir hēlija atomi, visu pārējo elementu īpatsvars kopā ir aptuveni 0,1%). Tādējādi ūdeņradis ir galvenais sastāvdaļa zvaigznes un starpzvaigžņu gāze. Starpzvaigžņu telpā šis elements pastāv atsevišķu molekulu, atomu un jonu veidā un var veidot molekulārus mākoņus, kas ievērojami atšķiras pēc izmēra, blīvuma un temperatūras.

Ūdeņraža masas daļa zemes garozā ir 1%. Tas ir devītais visizplatītākais elements. Ūdeņraža nozīme ķīmiskajos procesos, kas notiek uz Zemes, ir gandrīz tikpat liela kā skābekļa nozīme. Atšķirībā no skābekļa, kas uz Zemes pastāv gan saistītā, gan brīvā stāvoklī, gandrīz viss ūdeņradis uz Zemes ir savienojumu veidā; tikai ļoti mazos daudzumos ūdeņradis formā vienkārša viela kas atrodas atmosfērā (0,00005 tilpuma % sausam gaisam).

Ūdeņradis ir atrodams gandrīz visās organisko vielu un atrodas visās dzīvajās šūnās.

Ūdeņraža fizikālās īpašības

Vienkāršai vielai, ko veido ķīmiskais elements ūdeņradis, ir molekulārā struktūra. Tās sastāvs atbilst formulai H2. Tāpat kā ķīmiskais elements, vienkāršo vielu sauc arī par ūdeņradi.

Ūdeņradis– bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas, ūdenī praktiski nešķīstoša. Istabas temperatūrā un normāli atmosfēras spiediensšķīdība ir 18,8 ml gāzes uz 1 litru ūdens.

Ūdeņradis– vieglākā gāze, tās blīvums ir 0,08987 g/l. Salīdzinājumam: gaisa blīvums ir 1,3 g/l.

Ūdeņradis var izšķīst metālos, piemēram, vienā tilpumā pallādija var izšķīdināt līdz 850 tilpumiem ūdeņraža. Tā ārkārtīgi mazā molekulārā izmēra dēļ ūdeņradis spēj izkliedēties cauri daudziem materiāliem

Tāpat kā citas gāzes, ūdeņradis zemā temperatūrā kondensējas bezkrāsainā caurspīdīgā šķidrumā, kas notiek temperatūrā – 252,8°C. Kad temperatūra sasniedz -259,2°C, ūdeņradis kristalizējas baltu kristālu veidā, līdzīgi sniegam.

Atšķirībā no skābekļa, ūdeņradim nav raksturīga allotropija

Ūdeņraža pielietojumi

Ūdeņradi izmanto dažādas nozares nozare. Amonjaka ražošanai tiek izmantots daudz ūdeņraža (NH3). Slāpekļa mēslojumu iegūst no amonjaka sintētiskās šķiedras un plastmasa, medikamenti.

IN pārtikas rūpniecībaŪdeņradi izmanto margarīna ražošanā, kas satur cietos taukus. Lai tos iegūtu no šķidriem taukiem, caur tiem tiek izvadīts ūdeņradis.

Kad ūdeņradis sadedzina skābeklī, liesmas temperatūra ir aptuveni 2500°C.Šajā temperatūrā ugunsizturīgos metālus var izkausēt un metināt. Tādējādi ūdeņradis tiek izmantots metināšanā.

Kā raķešu degvielu izmanto šķidrā ūdeņraža un skābekļa maisījumu.

Šobrīd vairākas valstis ir uzsākušas pētījumus par neatjaunojamo enerģijas avotu (naftas, gāzes, ogļu) aizstāšanu ar ūdeņradi. Kad ūdeņradis sadedzina skābeklī, tas rada vidi tīrs produkts– ūdens, nevis oglekļa dioksīds, kas izraisa siltumnīcas efektu.

Zinātnieki ierosina, ka ar ūdeņradi darbināmu automašīnu masveida ražošana jāsāk 21. gadsimta vidū. Plaši tiks izmantoti mājas kurināmā elementi, kuru darbība arī balstās uz ūdeņraža oksidēšanu ar skābekli.

19. gadsimta beigās – 20. gadsimta sākumā, Aeronautikas laikmeta rītausmā gaisa baloni, dirižabļi un gaisa baloni tika piepildīti ar ūdeņradi, jo tas ir daudz vieglāks par gaisu. Tomēr dirižabļu laikmets sāka strauji aiziet pagātnē pēc katastrofas, kas notika ar dirižabli Hindenburga. 1937. gada 6. maijs, dirižablis, piepildīts ar ūdeņradi, tas aizdegās, kā rezultātā gāja bojā vairāki desmiti tā pasažieru.

Ūdeņradis ir ārkārtīgi sprādzienbīstams noteiktā proporcijā ar skābekli. Drošības noteikumu neievērošana izraisīja dirižablis aizdegšanos un eksploziju.

• Ūdeņradis– ķīmisko elementu periodiskās tabulas pirmais ķīmiskais elements D.I. Mendeļejevs
• Ūdeņradis atrodas periodiskās sistēmas I grupā, galvenajā apakšgrupā, 1. periodā
• Ūdeņraža valence savienojumos – I
• Ūdeņradis– bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas, praktiski nešķīst ūdenī
• Ūdeņradis- vieglākā gāze
• Šķidrais un cietais ūdeņradis tiek ražots zemā temperatūrā
• Ūdeņradis var izšķīst metālos
• Ūdeņraža pielietojumi ir dažādi

Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskajā tabulā tas ieņem pirmo vietu un apzīmēts ar simbolu H.

Izlasi rakstu un dodieties uz vietni www.h2miraclewater-russia.ru lai iegūtu papildinformāciju par ūdeņraža aparātu un ūdeņraža ūdeni.