Конспект по теме "Водород"

В О Д О Р О Д

В ПСХЭ находится в 1 периоде, в I  и в VII группах (в главных подгруппах):

Н⁰ – 1e^- à H⁺  (пр.окисл.,восст-ль)  -    сходство со щелочными металлами (поэтому в I гр.)

Н⁰ + 1e^- à H^-    (пр.восстановл.,окисл-ль)  -    сходство с галогенами (поэтому в VII гр.).

Степени окисления: в соединениях  [+1]  чаще  и  реже [-1], в простом веществе -0.

В природе: 3 изотопа: ¹Н (протий) -99,985%,  ²Н (дейтерий)-0,015%,  ³Н (тритий ) -образуется под действием космических лучей, его в природе немного. Водород – космический элемент (в состав космической материи входит 63% Н, 36% Не и 1%- остальные элементы). На Земле водород находится  только в связанном виде, т.е. в виде соединений (простых и сложных веществ).

Водород – важнейший биогенный элемент. Биологическое значение водорода определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10 % массы живых организмов приходится на водород. Способность водорода образовывать водородную связь играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплементарности в построении и функциях нуклеиновых кислот (то есть в хранении и реализации генетической информации), вообще в осуществлении «узнавания» на молекулярном уровне. Водород (ион Н⁺) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме — в биологическом окислении, обеспечивающем живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного равновесия и гомеостаза, в процессах мембранного транспорта. Так, наряду с кислородом и углеродом водород образует структурную и функциональную основы явлений жизни.

Водород как простое вещество

Простое вещество – водород – вещество молекулярного строения.  Молекула водорода состоит из двух атомов (Н₂). В молекуле атомы связаны ковалентной неполярной связью. (Изобразите схему образования КНС).

Получение:

1) Ме (стоящие до Н₂) + кислота (НCl; разб. H₂SO₄):

Zn + HCl à _________________________           (составьте эл. баланс, и.у.)

2) Металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды (Аl, Zn и др.), + р-р щелочей, например:

2Al + 2NaOH + 6H₂O à             2Na[Al(OH)₄]       +         3H₂á              

                                   тетрагидроксоалюминат натрия

3) Щелочные и щелочно-земельные Ме + Н₂О → образуются щелочь и водород:

Na + H₂O  à____________________________          (составьте эл. баланс)

4) Электролиз разбавленных растворов щелочей, серной кислоты, хлоридов щелочных металлов, например:                         _{электролиз}

                        2NaCl + 2H₂O    à      H₂á  +    Cl₂á +      2NaОН

                                                       (на катоде) (на аноде)

5) Конверсия водяного газа:                CO + H₂O   à   CO₂ + H₂

Физические свойства:  Н₂ – газ без цвета, запаха, в 14,5 раз легче воздуха. Плохо растворим в воде. Хорошо растворяется в некоторых металлах (палладий, платина, никель).

Химические свойства:

I . С простыми веществами:

1) С кислородом (при поджигании  или  на платиновом катализаторе):

Н₂ + О₂ à _______                   (составьте эл.баланс)

Смесь 2V(H₂) и 1V(O₂)  называется «гремучий газ».

2) С серой – образуется сероводород:

Н₂ + S     à     _______                         (составьте эл. баланс)

3) С хлором (при поджигании или при облучении газов УФ-светом) – образуется хлороводород:

Н₂ + Cl₂ à ________                          (составьте эл. баланс)

4) С фтором (при об.у. )- образуется фтороводород:

H₂ + F₂ à _______                 (составьте эл. баланс)

5) С азотом (при t°; повышенном давлении и в присутствии катализатора) - образуется аммиак:

 N₂ + H₂   à        _______                               (составьте эл. баланс)

6) C активными (щелочными или щелочно-земельными) металлами - образуются гидриды:

Na + H₂ à __________                                  (составьте эл. баланс)

Ca + H₂ à ___________                                 (составьте эл. баланс)

Гидриды – нестойкие вещества, разлагаются при действии на них воды:

СаН₂ + 2Н₂О à 2Н₂ + Са(ОН)₂

II.  Со сложными веществами:

CuO + H₂ à  Cu + H₂О 

2H₂ + CO₂  à CH₃OH (метанол)

 Применение:  В хим. промышленности для получения NH₃ (аммиака), HCl (хлороводорода), CH₃OH (метанола) и др. В пищевой промышленности для получения маргарина. В металлургической промышленности для восстановления цветных металлов из их оксидов. Жидкий водород – ракетное топливо. «Водородная горелка» - для сварки. Перспективное экологически чистое топливо.