В каких веществах содержится водорода
Простые
вещества классифицируют
по числу элементов, входящих в состав вещества.
Подробнее
в С. Т. Жуков Химия8-9 класс
Их обычно делят
на металлы и неметаллы (рис. 13.1-а).
Металлы – простые вещества, в которых атомы
связаны между собой металлической связью.
Из
этого определения видно, что главным признаком, позволяющим нам разделить
простые вещества на металлы и неметаллы, является тип химической связи.
В
большинстве неметаллов связь ковалентная. Но есть еще и благородные газы
(простые вещества элементов VIIIA группы), атомы которых в твердом и жидком
состоянии связаны только межмолекулярными связями. Отсюда и определение.
Неметаллы – простые вещества, в которых атомы
связаны между собой ковалентными (или межмолекулярными) связями.
По химическим свойствам среди металлов
выделяют группу так называемых амфотерных металлов. Это название отражает
способность этих металлов реагировать как с кислотами, так и со щелочами (как
амфотерные оксиды или гидроксиды) (рис. 13.1-б).
Кроме
этого, из-за химической инертности среди металлов выделяют благородные металлы.
К ним относят золото, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину. По
традиции к благородным металлам относят и несколько более реакционноспособное
серебро, но не относят такие инертные металлы, как тантал, ниобий и некоторые
другие. Есть и другие классификации металлов, например, в металлургии все
металлы делят на черные и цветные, относя к черным металлам железо и его
сплавы.
Согласно
промышленной классификации все металлы делятся на две группы: черные и цветные
(в зарубежной практике металлы обычно делят на железные и нежелезные).
К черным металлам относятся железо и его
сплавы, марганец, и хром, производство которых тесно связано с металлургией
чугуна и стали.
Все
остальные металлы относятся к цветным. Название «цветные металлы» довольно
условно, так как фактически только золото и медь имеют ярко выраженную окраску.
Все остальные металлы, включая черные, имеют серый цвет с различными оттенками
– от светло-серого до темно-серого.
Цветные металлы условно делятся на пять групп:
- Основные тяжелые металлы:
медь, никель, свинец, цинк и олово. Своё название они получили из-за
больших масштабов производства и потребления, большого («тяжелого»)
удельного веса в народном хозяйстве. - Малые тяжелые металлы: висмут,
мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными
спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но
производят в значительно меньших количествах. - Легкие металлы: алюминий,
магний, титан, натрий, калий, барий, кальций, стронций. Металлы этой
группы имеют самую низкую среди всех металлов плотность (удельную массу). - Благородные металлы: золото,
серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий, иридий).
Эта группа металлов обладает высокой стойкостью к воздействию окружающей
среды и агрессивных сред. - Редкие металлы. В свою очередь
подразделяются на подгруппы:
§
тугоплавкие
металлы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий, ванадий;
§
легкие
редкие металлы: литий, бериллий, рубидий, цезий;
§
рассеянные
металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен, теллур;
§
редкоземельные
металлы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды;
§
радиоактивные
металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элементы.
Водород
Повторите:
–
в С. Т. Жуков Химия
8-9 класс
– в материалах 8 класса –
Урок №27. Водород, его общая характеристика и нахождение в
природе. Получение водорода и его физические свойства. Меры безопасности при
работе с водородом
Урок №28. Химические свойства водорода. Применение
Элемент
водород начинает Периодическую систему – он имеет порядковый номер 1. Это самый
легкий из химических элементов. Обладая уникальными свойствами, частично
напоминающими свойства галогенов, частично – щелочных металлов, он оказывается
расположенным и в первой, и в VII группах Периодической системы.
Строение
водорода
Атом
водорода имеет очень простое строение – в нем содержится всего один протон и
один электрон. Отдавая электрон, атом приобретает степень окисления +1, а
принимая его – степень окисления –1. Относительная атомная масса атома водорода
равна 1. Однако в природе существуют и более тяжелые атомы водорода – дейтерий
(содержит один нейтрон, поэтому его масса равна 2) и тритий (содержит два
нейтрона, атомная масса равна 3).
Водород
– самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он уступает
по распространенности кислороду, кремнию и некоторым другим элементам. Главное
соединение водорода – вода. Также он содержится в природном газе, нефти, в
некоторых минералах, в белках, жирах и углеводах.
Физические
свойства
При
обычных условиях водород – газ, состоящий из двухатомных молекул. Он не имеет
ни цвета, ни запаха, мало растворим в воде (1,82 мл в 100 г воды при 20°C). При
сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит
при –253°C, при этой температуре азот и кислород находятся в кристаллическом
состоянии. Твердый водород образуется при охлаждении до –259°C.
Газообразный
водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и
молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы.
Некоторые металлы, например, платина и палладий, способны растворять
значительные количества газообразного водорода. Водород в 14,5 раз легче
воздуха, 100 л водорода при 0°C весят
всего 9 г. Это самый легкий из газов и самое легкое вещество.
Химические
свойства
При
комнатной температуре реагирует лишь с фтором, а на свету – с хлором, при
нагревании – с кислородом, серой, азотом, углеродом:
H2 + X2 = 2HX (X = F,
Cl)
2H2 + O2 = 2H2O,
H2 +
S = H2S,
3H2 +
N2 = 2NH3
С
кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь
одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом.
При
взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды.
Восстанавливает некоторые металлы из оксидов:
CuO
+ H2 = Cu + H2O
HgO
+ H2 = Hg + H2O
Получение
водорода
В лаборатории получают
действием цинка на разбавленные кислоты – серную или соляную:
Zn
+ H2SO4 = ZnSO4 + H2
Реакцию
обычно проводят в аппарате Киппа.
Также
образуется при действии растворов щелочей на цинк, кремний и алюминий, при
реакции щелочных и щелочноземельных металлов и их гидридов с водой.
В
промышленности водород получают электролизом воды, термическим разложением
(пиролизом) углеводородов, в смеси с угарным газом взаимодействием угля и
природного газа с перегретым водяным паром (водяной газ, синтез-газ).
Применяется
водород в синтезе аммиака, хлороводорода и соляной кислоты, метилового спирта,
получении некоторых металлов из оксидов, при гидрировании растительных жиров. В
смеси с угарным газом (синтез-газ) используется для получения разнообразным
органических веществ. Является перспективным топливом.
Источник
Обобщающая схема «ВОДОРОД»
I.
Водород – химический элемент
а) Положение в ПСХЭ
- порядковый номер №1
- период 1
- группа I (главная подгруппа «А»)
- относительная масса Ar(Н)=1
- латинское название Hydrogenium (рождающий
воду)
б) Распространённость водорода в
природе
Водород – химический элемент. | В земной коре (литосфера и гидросфера) – 1% по массе (10 место |
АТМОСФЕРА – 0,0001% по числу атомов | |
Самый распространённый элемент во вселенной – 92% от числа всех атомов |
Водород – химический элемент | В соединениях | Н2О – вода (11% по массе) |
СН4 – газ метан (25% по массе) | ||
Органические вещества (нефть, горючие природные газы и В организмах животных и растений (то есть в составе белков, В теле человека в среднем содержится около 7 килограммов водорода. |
в) Валентность водорода в соединениях
I Н2 ↑,
ц, з, Mr(Н2)=2,
газ легче воздуха
H2O – вода;
Н2О2 –
перекись водорода
II. Водород – простое вещество (Н2)
Получение
1.Лаборатория А) Взаимодействие металлов с кислотами: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ соль Б) Взаимодействие активных металлов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ |
2. · эл. ток 2H2O = · t, Ni CH4 + 2H2O = |
Нахождение
водорода в природе.
Водород широко
распространен в природе, его содержание в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет
по массе 1%, а по числу атомов 16%. Водород входит в состав самого
распространенного вещества на Земле – воды (11,19% Водорода по массе), в состав
соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы
животных и растений (то есть в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров,
углеводов и других). В свободном состоянии Водород встречается крайне редко, в
небольших количествах он содержится в вулканических и других природных газах.
Ничтожные количества свободного Водорода (0,0001% по числу атомов) присутствуют
в атмосфере. В околоземном пространстве Водород в виде потока протонов образует
внутренний (“протонный”) радиационный пояс Земли. В космосе Водород
является самым распространенным элементом. В виде плазмы он составляет около
половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной
среды и газовых туманностей. Водород присутствует в атмосфере ряда планет и в
кометах в виде свободного Н2, метана СН4, аммиака NH3,
воды Н2О, радикалов. В виде потока
протонов Водород входит в состав корпускулярного излучения Солнца и космических
лучей.
Существуют три изотопа водорода:
а) легкий водород – протий,
б) тяжелый водород – дейтерий (D),
в) сверхтяжелый водород – тритий (Т).
Тритий неустойчивый
(радиоактивный) изотоп, поэтому в природе он практически не встречается.
Дейтерий устойчив, но его очень мало: 0,015% (от массы всего земного водорода).
Валентность
водорода в соединениях
В соединениях водород
проявляет валентность I.
Физические
свойства водорода
Простое вещество
водород (Н2) – это газ, легче воздуха, без цвета, без запаха, без
вкуса, tкип = – 2530С, водород в воде нерастворим , горюч. Собирать водород можно путем вытеснения
воздуха из пробирки или воды. При этом пробирку нужно перевернуть вверх дном.
Получение
водорода
В лаборатории водород
получают в результате реакции
Видео – Эксперимент
“Получение водорода и проверка его на чистоту”
Zn + H2SO4
= ZnSO4 + H2
.
Вместо цинка можно
использовать железо, алюминий и некоторые другие металлы, а вместо серной
кислоты – некоторые другие разбавленные кислоты. Образующийся водород собирают
в пробирку методом вытеснения воды (см. рис. 10.2 б) или просто в
перевернутую колбу (рис. 10.2 а).
В промышленности в больших
количествах водород получают из природного газа (в основном это метан) при
взаимодействии его с парами воды при 800 °С в присутствии никелевого
катализатора:
CH4 + 2H2O = 4H2 +CO2
(t, Ni)
или обрабатывают при
высокой температуре парами воды уголь:
2H2O + С =
2H2 + CO2. (t)
Чистый водород получают
из воды, разлагая ее электрическим током (подвергая электролизу):
2H2O = 2H2+ O2(электролиз).
Дополнительно:
Видео – Эксперимент
“Мыльные пузыри с водородом”
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр №1- Нахождение
водорода в природе. Физические свойства
Тренажёр №2 –
Характеристика водорода по положению в Периодической системе элементов Д. И.
Менделеева
АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ УХР ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Источник
Элемент водород начинает Периодическую систему – он имеет порядковый номер 1. Это самый легкий из химических элементов. Обладая уникальными свойствами, частично напоминающими свойства галогенов, частично – щелочных металлов, он оказывается расположенным и в первой, и в VII группах Периодической системы.
Строение водорода
Атом водорода имеет очень простое строение – в нем содержится всего один протон и один электрон. Отдавая электрон, атом приобретает степень окисления +1, а принимая его – степень окисления –1. Относительная атомная масса атома водорода равна 1. Однако в природе существуют и более тяжелые атомы водорода – дейтерий (содержит один нейтрон, поэтому его масса равна 2) и тритий (содержит два нейтрона, атомная масса равна 3).
Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он уступает по распространенности кислороду, кремнию и некоторым другим элементам. Главное соединение водорода – вода. Также он содержится в природном газе, нефти, в некоторых минералах, в белках, жирах и углеводах.
Физические свойства
При обычных условиях водород – газ, состоящий из двухатомных молекул. Он не имеет ни цвета, ни запаха, мало растворим в воде (1,82 мл в 100 г воды при 20 $^circ C$). При сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при –253°C, при этой температуре азот и кислород находятся в кристаллическом состоянии. Твердый водород образуется при охлаждении до –259°C.
Газообразный водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, например, платина и палладий, способны растворять значительные количества газообразного водорода. Водород в 14,5 раз легче воздуха, 100 л водорода при 0$^circ C$ весят всего 9 г. Это самый легкий из газов и самое легкое вещество.
Химические свойства
При комнатной температуре реагирует лишь с фтором, а на свету – с хлором, при нагревании – с кислородом, серой, азотом, углеродом:
H$_2$ + X$_2$ = 2HX (X = F, Cl)
2H$_2$ + O$_2$ = 2H$_2$O,
H$_2$ + S = H$_2$S,
3H$_2$ + N$_2$ = 2NH$_3$.
С кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом.
При взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды. Восстанавливает некоторые металлы из оксидов:
CuO + H$_2$ = Cu + H$_2$O
HgO + H$_2$ = Hg + H$_2$O
Получение водорода
В лаборатории получают действием цинка на разбавленные кислоты – серную или соляную:
Zn + H$_2$SO$_4$ = ZnSO$_4$ + H$_2$
Реакцию обычно проводят в аппарате Киппа.
Также образуется при действии растворов щелочей на цинк, кремний и алюминий, при реакции щелочных и щелочноземельных металлов и их гидридов с водой.
В промышленности водород получают электролизом воды, термическим разложением (пиролизом) углеводородов, в смеси с угарным газом взаимодействием угля и природного газа с перегретым водяным паром (водяной газ, синтез-газ).
Применяется водород в синтезе аммиака, хлороводорода и соляной кислоты, метилового спирта, получении некоторых металлов из оксидов, при гидрировании растительных жиров. В смеси с угарным газом (синтез-газ) используется для получения разнообразным органических веществ. Является перспективным топливом.
Источник
Если кислород является самым распространенным химическим элементом на Земле, то водород – самый распространенный элемент во всей Вселенной. Наше Солнце (и другие звезды) примерно на половину состоит из водорода, а что касается межзвездного газа, то он на 90% состоит из атомов водорода. Немалое место этот химический элемент занимает и на Земле, ведь вместе с кислородом он входит в состав воды, а само его название «водород» происходит от двух древнегреческих слов: «вода» и «рожаю». Помимо воды водород присутствует в большинстве органических веществ и клеток, без него, как и без кислорода, была бы немыслима сама Жизнь.
История открытия водорода
Первым среди ученых водород заметил еще великий алхимик и лекарь средневековья Теофраст Парацельс. В своих алхимических опытах, в надежде отыскать «философский камень» смешивая металлы с кислотами Парацельс получил некий неизвестный до того горючий газ. Правда отделить этот газ от воздуха так и не удалось.
Только спустя полтора века после Парацельса французскому химику Лемери таки удалось отделить водород от воздуха и доказать его горючесть. Правда Лемери так и не понял, что полученный им газ является чистым водородом. Параллельно подобными химическими опытами занимался и русский ученый Ломоносов, но настоящий прорыв в исследовании водорода был сделан английским химиком Генри Кавендишом, которого по праву считают первооткрывателем водорода.
В 1766 году Кавендишу удалось получить чистый водород, который он называл «горючим воздухом». Еще через 20 лет талантливый французский химик Антуан Лавуазье смог синтезировать воду и выделить из нее этот самый «горючий воздух» – водород. И к слову именно Лавуазье предложил водороду его название – «Hydrogenium», он же «водород».
Антуан Лавуазье со своей женой, помогавшей ему проводить химические опыты, в том числе и по синтезу водорода.
Водород в таблице Менделеева
В основе расположения химических элементов в периодической системе Менделеева лежит их атомный вес, рассчитанный относительно атомного веса водорода. То есть иными словами водород и его атомный вес является краеугольным камнем таблицы Менделеева, той точкой опоры, на основе которой великий химик создал свою систему. Поэтому не удивительно, что в таблице Менделеева водород занимает почетное первое место.
Помимо этого водород имеет такие характеристики:
- Атомная масса водорода составляет 1,00795.
- У водорода в наличии три изотопа, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами.
- Водород – легкий элемент имеющий малую плотность.
- Водород обладает восстановительными и окислительными свойствами.
- Вступая в химические реакции с металлами, водород принимает их электрон и стает окислителем. Подобные соединения называются гидратами.
Строение молекулы водорода
Водород это газ, молекула его состоит из двух атомов.
Так схематически выглядит молекула водорода.
Молекулярный водород, образованный из таких вот двухатомных молекул взрывается при поднесенной горящей спичке. Молекула водорода при взрыве распадается на атомы, которые превращаются в ядра гелия. Именно таким образом происходят ядерные реакции на Солнце и других звездах – за счет постоянного распадение молекул водорода наше светило горит и обогревает нас своим теплом.
Физические свойства водорода
У водорода в наличие следующие физические свойства:
- Температура кипения водорода составляет 252,76 °C;
- А при температуре 259,14 °C он уже начинает плавиться.
- В воде водород растворяется слабо.
- Чистый водород – весьма опасное взрывчатое и горючее вещество.
- Водород легче воздуха в 14,5 раз.
Химические свойства водорода
Поскольку водород может быть в разных ситуациях и окислителем и восстановителем его используют для осуществления реакций и синтезов.
Окислительные свойства водорода взаимодействуют с активными (обычно щелочными и щелочноземельными) металлами, результатом этих взаимодействий является образование гидридов – солеподобных соединений. Впрочем, гидриды образуются и при реакциях водорода с малоактивными металлами.
Восстановительные свойства водорода обладают способностью восстанавливать металлы до простых веществ из их оксидов, в промышленности это называется водородотермией.
Как получить водород?
Среди промышленных средств получения водорода можно выделить:
- газификацию угля,
- паровую конверсию метана,
- электролиз.
В лаборатории водород можно получить:
- при гидролизе гидридов металлов,
- при реакции с водой щелочных и щелочноземельных металлов,
- при взаимодействии разбавленных кислот с активными металлами.
Применение водорода
Так как водород в 14 раз легче воздуха, то в былые времена им начиняли воздушные шары и дирижабли. Но после серии катастроф произошедших с дирижаблями конструкторам пришлось искать водороду замену (напомним, чистый водород – взрывоопасное вещество, и малейшей искры было достаточно, чтобы случился взрыв).
Взрыв дирижабля Гинденбург в 1937 году, причиной взрыва как раз и стало воспламенение водорода (вследствие короткого замыкания), на котором летал этот огромный дирижабль.
Поэтому для подобных летательных аппаратов вместо водорода стали использовать гелий, который также легче воздуха, получение гелия более трудоемкое, зато он не такой взрывоопасный как водород.
Тем не менее, водород весьма хорошо зарекомендовал себя в качестве одного из компонентов ракетного топлива. А автомобили, работающие на водородном топливе более экологичнее своих дизельных и бензиновых собратьев.
Также с помощью водорода производится очистка различных видов топлива, в особенности на основе нефти и нефтепродуктов.
Водород, видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Источник