|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Лекция № 1. Водород
Лекции по общей химии / Учебное пособие для студентов химических специальностей
Редактор: Н.А. Василенко ____________________________________________________________________________________ Подписано к печати 25.09.09 г. Формат 60x84/8 Бумага тип. ОП Объем 6,5 п.л. Тираж экз. Заказ Цена договорная ____________________________________________________________________________________
95007, г. Симферополь, проспект им. В.И. Вернадского, 4 Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского
ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Им. В.И. ВЕРНАДСКОГО Э.А. ГЮННЕР, В.Ф. ШУЛЬГИН, Н.С. ПЕВЗНЕР ЛЕКЦИИ ПО ХИМИИ ЭЛЕМЕНТОВ учебное пособие для студентов химических специальностей Симферополь - 2010
Учебное пособие издается по решению научно-методического совета Таврического национального университета им. В.И. Вернадского от _ _ 2010 г. Рекомендовано методической комиссией химического факультета Таврического национального университета им. В.И. Вернадского Рецензент: профессор, доктор химических наук, А.М. Федоренко Э.А. Гюннер, В.Ф. Шульгин, Н.С. Певзнер. Лекции по химии элементов / Учебное пособие для студентов химических специальностей. Симферополь: Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, 2010. - 94 с.; ил.
© Э.А. Гюннер, В.Ф. Шульгин, Н.С. Певзнер, 2010 Лекция № 1. Водород Водород расположен в первом периоде периодической системы химических элементов (элемент № 1). Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один электрон (1s 1) и является электронным аналогом щелочных металлов. В то же время, до завершения валентного уровня атому водорода недостает одного электрона, что роднит его с галогенами. По этой причине водород часто помещают как в первую, так и в седьмую группу периодической системы. Водород представлен в природе тремя изотопами: протий 1H, дейтерий 2H (D), тритий 3H (T). Протий и дейтерий стабильные изотопы (содержание дейтерия в природном водороде составляет 0,015%). Тритий радиоактивен (период полураспада 12,26 года), образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей и содержится в природном водороде в исчезающе малом количестве.Водород, наряду с гелием, самый распространенный элемент Вселенной, он составляет до половины массы звезд и основную массу межзвездной материи. Содержание водорода в земной коре (кларк) составляет 3 мол.%. Водород - элемент-органоген и входит в состав органических соединений. Простое вещество водород - H 2 - бесцветный газ, не имеющий вкуса и запаха, не обладающий физиологическим действием, т.пл. -259,2 °С (14 К), т.кип. -252,8 °С (20 К). Водород - самый легкий из газов (в 14,5 раз легче воздуха), с высокой скоростью диффузии, легко проникающий через разнообразные перегородки. Плохо растворим в воде, но хорошо растворим в некоторых металлах (Ni, Pt, Pd). Получение водорода. В промышленности водород получают конверсией метана или угля водяным паром, а также неполным окислением метана: t t CH4 + H2O = CO + 3H2; C + H2O = CO + H2; t 2CH4 + O2 = 2CO + 4H2 Лабораторные методы получения водорода: 1. Действие кислот на металлы (обычно действуют на цинк соляной кислотой в аппарате Киппа). Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 2. Действие щелочей на алюминий. 2Al + 6KOH + 6H2O = 2K3[Al(OH)6] + 3H2 3. Электролиз водных растворов щелочей на никелевых электродах. эл.ток 2H2O = 2H2 + O2 4. Взаимодействие гидрида кальция с водой. CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2 Химические свойства. Особенности строения электронной оболочки атома водорода обуславливают его способность к присоединению одного электрона. Поэтому водород может выступать как окислитель, образуя соединения в степени окисления -1. В то же время невысокая электроотрицательность водорода (2,2 по Л. Полингу) способствует потере одного электрона и образованию соединений в степени окисления +1. +e- -e- H- ¾ H ¾® H+ Довольно высокая энергия диссоциации молекулы Н 2 (435 кДж/моль) обуславливает инертность водорода в обычных условиях. При комнатной температуре водород реагирует только со фтором: H2 + F2 = 2HF При нагревании водород реагирует со многими неметаллами (Cl2, Br2, O2, N2, S, C), проявляя при этом свойства восстановителя. Взаимодействие с хлором и кислородом инициируется ультрафиолетовым облучением и протекает по радикальному механизму. При этом реакция с хлором протекает по неразветвленному цепному механизму и включает ряд стадий:
1. Инициация цепи (фотохимическая диссоциация): Cl2 + hn ® 2Cl· 2. Рост (развитие) цепи: Cl· + H2 ® HCl + ·H; H· + Cl2 ® HCl + ·Cl 3. Обрыв цепи: H· + ·Cl ® HCl Реакция водорода с кислородом идет по механизму цепной разветвленной реакции, включая следующие стадии:
1. Инициация цепи: H2 + O2 ® ·OH + HO· 2. Рост цепи: HO· + H2 ® H2O + H· 3. Разветвление цепи: H· + O2 ® ·OH + ·O·; ·O· + H2 ® ·OH + ·H 4. Обрыв цепи: HO· + ·H ® H2O При нагревании водород реагирует со щелочными и щелочноземельными металлами, образуя соответствующие гидриды - бинарные соединения водорода в степени окисления -1. t 2Na + H2 = 2NaH-1 гидрид натрия При повышенных температурах водород восстанавливает металлы из их оксидов и галогенидов: t t CuO + H2 = Cu + H2O; CuCl2 + H2 = Cu + 2HCl Восстановительные свойства водород способен проявлять также и по отношению к оксидам неметаллов и органическим соединениям, например, t N2O + H2 = N2 + H2O нитробензол анилин Большое значение для синтеза органических соединений имеет реакция каталитического присоединения водорода по кратным связям углерод - углерод (гидрогенизация или гидрирование): t C2H4 + H2 ® C2H6 Pd
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.) |