Водород –от греч. Hydrogeniym-рождающий воду. Был открыт 1766 году Генри Кавенди, исследовавшим газ и давшим название «горючий воздух». В 1783г. Антуан Лавуазье осуществил синтез воды, а затем ее анализ, разложив пар. Русское название предложил Соловьев в 1824 г.
1-й элемент периодической системы Менделеева – I и VII группа, главная подгруппа, 1 период. На внешнем s1-подуровне имеется 1 валентный электрон и 1 s2-подуровень свободный, отчего Н обладает двойной природой: в одних случаях он отдает электрон (восстановительные свойства), в других – принимает (окислительные свойства). В атоме водорода нет сил отталкивания, только силы притяжения р к е, поэтому он обладает сильным поляризующим действием, и это определяет химию водорода – способность образовывать водородные связи, перенос р от одного реагирующего вещества к другому.Бесцветный газ, без запаха. Самый легкий из всех газов. Обладает высокой теплопроводностью, неполярен.
Растворим в некоторых металлах.
Водород имеет 3 изотопа1. Легкий водород или протий 1Н- в ядре только 1 р, в природе этого изотопа 99% от всего водорода.
2.Тяжелый водород 2Н-дейтерий- в ядре 1 р и 1n, в природе 0.015% 3. Сверхтяжелый 3Н тритий- в ядре 1р и 2 n В природе ничтожно мало. Молекула дейтерия и трития, прочнее чем молекула Н2 из-за увеличения в 2 и 3 раза силы притяжения масс(еще одно уник св-во)
Ядра протия и дейтерия стабильны, остальные изотопы радиоактивны. Получены искусственно 4Н и 5Н.
Молекула Н2 состоит из 2 атомов, связанных ковалентной неполярной сигма связью Н-Н.
Положение в периодической таблице:Водород похож с щелочными Ме: 1.похожести оптических спектров; 2. Возможная ст.ок. +1; 3.проявляет восстановительную активность( отдает е, превращаясь в Н+)
С другой стороны Н до завершения не хватает 1 е, этим он похож на галогены-эл-ты 7А группы: 1.Проявляет ст.ок. -1; 2.Может быть окислителем, превращаясь в ион Н-; 3.Образует двухатомную молекулу; 4. Газ, как и Сl2, F2.
Распространение в природе: Самый распространенный элемент во Вселенной. Составляет основную массу звезд, солнца. На земле содержится 3%(9 место). Н2 в виде простого вещества мало. Находится в атмосфере на очень больших высотах. Основная масса входит в состав воды, углеводородов, глин, минералов, организмов.
Получение водорода:1. В промышленности используют природные газы, газы полученные при переработки нефти, коксовании и газификации угля и др топлива. 2Проводят неполное окисление кислородом: СН4+ ½О2=СО2+ 2Н2 или каталитическое разложение взаимодействие с водяным паром(конверсионный метод) СН4+Н2О-»(t,Ni) С0+ 3Н2 СО+Н2О—(t, Fe)--»CO2+ H2 3. Получают электролизом воды, пропуская ток через растворы щелочей или кислородсодержащих кислот:.JPG)
В лабораторных условиях получают: 1. Взаимодействием активных Ме с кислотами неокислителями: Zn+ 2HCl----»ZnCl2+H2
2.Взаимодействие амфотерных Ме с щелочами: 2Al+2KOH+6H2O---»2K[Al(OH)4]+3H2
Химические войства:связь в молекуле Н2 – ковалентная неполярная. Энергия ионизации водорода высока, поэтому водород не образует ионных соединений. В обычных условиях молекула водорода очень устойчива – очень высокая энергия диссоциации и связи.
Соединения водорода с другими элементами носят ковалентный характер. В соединениях Н всегда одновалентен, степень окисления с неметаллами +1, металлами -1. При о.у. реагирует только со F: Н2+F2=2НFсо взрывом.
При поджигании или в присутствии платинового кат реагирует с О2: О2+Н2=2Н20 «гремучий газ».
При нагреве Н2 обратимо реагирует с серой и селенам: S+H2=H2SSe+H2= H2Se
С азотам реагирует при небольшом нагревании, повышенном давлении и кат.:N2+3H2= 2 NHВо всех проведенных реакциях проявл во-ые св-ва!
Ок-ая способность осуществляется в реакциях с активными Ме и образуются гидриды: 2Na+H2=2NaHCa+H2= CaH2
Взаимодействуют с оксидами и солями Ме d-эл-ов. При о.у. восстанавливает Hg, Ag, Pd, Au: AgNO3+H2=2Ag+ 2HNO3 PdO+H2=Pd+ H2O
Принагреваниивосст-етCu, Fe,CrNi,WидрМе: СuO+H2=Cu+H2OFe2O3+H2=2Fe+ 3H2O. Атомарный водород является более сильным вос-ем и уже при о.у. восстанавливает большинство Ме из солей и оксидов.
Химические свойства соединений Н2: Все бинарные соединения делятся на 4 класса: 1. Солеобразные(ионные). Гидриды, гидриды щелочных и щелочноземельных Ме. Тв вещества, белого цвета, неустойчивы, легко гидролизируются: Сa+2H2O=Ca(OH)2+ 2H2Окисляются кислородом воздуха: 2RbH+O2=Rb2O+H2O (RbHвоспламеняется в сухом воздухе). СаН2+О2=Са(ОН)2. При нагревании все солеобразные гидриды, кроме LiH, разлагаются, не достигнув Т плавления: 2CsH2—»2Сs+Н2 Элементы 3А группы образуют комплексные гидриды: Li[BH4] Они более стабильны, плавятся без разложения, растворимы во многих органических растворителях в воде разлагаются с выделением Н2.
2.Металоподобные гидриды- гидриды d-элементов. Их состав близок к ЭН, ЭН2,ЭН3-формула не зависит от природы Ме. Это не индивидуальные вещества, а фазы внедрения, т е в кристаллическую решетку Ме «внедрен» Н2, состав этих веществ непостоянен(бертолиды). Обладают физическими св-ми Ме, но более хрупкие.
3. Ковалентные соединения. Н2 образует с элементами 4А-7А групп. В этих соединениях Н2 проявляет ст ок +1(HF, HCl, H2S, NH3) это газообразные вещества или легкокипящие жидкости. Термическая их устойчивость уменьшается в подгруппе, например, SiH4 иSnH4 –не устойчивы, PbH4-не получен.
4.Полимерные гидриды. (BeH2)n (MgH2)n (AlH3)n –это вещества, термический распад которых иде при 100 300 и 100 0С. Гидриды бора- бораны(Ba2H6)n и галия(Ga2H6)n-летучие соединения.
Применение: 1. Производство NH3, HNO3 и ее солей, НСl; 2 Синтез метанола; 3. Каталитическая гидрогенизация жиров, углей, нефти. 4. Сварка, резка тугоплавких Ме и кварца. 5. Восстановление Ме в металлургии; 6.В качестве реактивного топлива(жидкий). 7Дейтерий и тритий в атомной энергетике и научных исследованиях. 8. Гидриды Ме-сильные восстановители-реагенты в неорганическом и органическом синтезе.
