Kemiska ekvationer med väte. Vätets kemiska egenskaper: egenskaper och tillämpningar

Väte är en gas det är på första plats i det periodiska systemet. Namnet på detta element, som är utbrett i naturen, översätts från latin som "genererar vatten." Så vilka fysikaliska och kemiska egenskaper hos väte vet vi?

Väte: allmän information

Under normala förhållanden har väte ingen smak, ingen lukt, ingen färg.

Ris. 1. Formel för väte.

Eftersom en atom har en elektronisk energinivå, som kan innehålla maximalt två elektroner, kan atomen för ett stabilt tillstånd antingen acceptera en elektron (oxidationstillstånd -1) eller ge upp en elektron (oxidationstillstånd +1), vilket uppvisar en konstant valens I Det är därför symbolen för grundämnet väte inte bara placeras i grupp IA (huvudundergruppen i grupp I) tillsammans med alkalimetallerna, utan även i grupp VIIA (huvudundergruppen i grupp VII) tillsammans med halogenerna . Halogenatomer saknar också en elektron för att fylla den yttre nivån, och de, liksom väte, är icke-metaller. Väte uppvisar ett positivt oxidationstillstånd i föreningar där det är associerat med mer elektronegativa icke-metalliska element, och ett negativt oxidationstillstånd i föreningar med metaller.

Ris. 2. Vätets placering i det periodiska systemet.

Väte har tre isotoper, som var och en har sitt eget namn: protium, deuterium, tritium. Mängden av det senare på jorden är försumbar.

Vätets kemiska egenskaper

I det enkla ämnet H2 är bindningen mellan atomerna stark (bindningsenergi 436 kJ/mol), därför är aktiviteten hos molekylärt väte låg. Under normala förhållanden reagerar den endast med mycket reaktiva metaller, och den enda icke-metall som väte reagerar med är fluor:

F2+H2=2HF (vätefluorid)

Väte reagerar med andra enkla (metaller och icke-metaller) och komplexa (oxider, ospecificerade organiska föreningar) ämnen antingen vid bestrålning och förhöjd temperatur eller i närvaro av en katalysator.

Väte brinner i syre och frigör en betydande mängd värme:

2H2+O2=2H2O

En blandning av väte och syre (2 volymer väte och 1 volym syre) exploderar våldsamt vid antändning och kallas därför detonerande gas. Vid arbete med vätgas ska säkerhetsföreskrifter följas.

Ris. 3. Explosiv gas.

I närvaro av katalysatorer kan gasen reagera med kväve:

3H2+N2=2NH3

– denna reaktion vid förhöjda temperaturer och tryck ger ammoniak inom industrin.

Vid höga temperaturer kan väte reagera med svavel, selen och tellur. och vid växelverkan med alkali- och jordalkalimetaller sker bildning av hydrider: 4.3. Totalt antal mottagna betyg: 186.

När man börjar överväga de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos väte, bör det noteras att detta kemiska element i sitt vanliga tillstånd är i gasform. Färglös vätgas är luktfri och smaklös. För första gången fick detta kemiska element namnet väte efter att forskaren A. Lavoisier genomförde experiment med vatten, som ett resultat av vilka världsvetenskapen lärde sig att vatten är en flerkomponentsvätska som innehåller väte. Denna händelse inträffade 1787, men långt före detta datum var väte känt för forskare under namnet "brandfarlig gas".

Väte i naturen

Enligt forskare finns väte i jordskorpan och i vatten (cirka 11,2 % av den totala vattenvolymen). Denna gas är en del av många mineraler som mänskligheten har utvunnit från jordens tarmar i århundraden. Vissa av egenskaperna hos väte är karakteristiska för olja, naturgaser och lera samt för djur- och växtorganismer. Men i sin rena form, det vill säga inte kombinerad med andra kemiska element i det periodiska systemet, är denna gas extremt sällsynt i naturen. Denna gas kan komma till jordens yta under vulkanutbrott. Fritt väte finns i atmosfären i försumbara mängder.

Vätets kemiska egenskaper

Eftersom de kemiska egenskaperna hos väte är heterogena, tillhör detta kemiska element både grupp I i ​​Mendeleev-systemet och grupp VII i systemet. Som medlem av den första gruppen är väte i huvudsak en alkalimetall som har ett oxidationstillstånd på +1 i de flesta föreningar där det finns. Samma valens är karakteristisk för natrium och andra alkalimetaller. På grund av dessa kemiska egenskaper anses väte vara ett grundämne som liknar dessa metaller.

Om vi ​​pratar om metallhydrider, så har vätejonen en negativ valens - dess oxidationstillstånd är -1. Na+H- är byggd enligt samma schema som Na+Cl-klorid. Detta faktum är anledningen till att tilldela väte till grupp VII i det periodiska systemet. Väte, som är i tillståndet av en molekyl, förutsatt att det är i en vanlig miljö, är inaktivt och kan kombineras uteslutande med icke-metaller som är mer aktiva för det. Dessa metaller inkluderar fluor i närvaro av ljus, väte kombineras med klor. Om väte värms upp blir det mer aktivt och reagerar med många element i Mendeleevs periodiska system.

Atomiskt väte uppvisar mer aktiva kemiska egenskaper än molekylärt väte. Syremolekyler bildar vatten - H2 + 1/2O2 = H2O. När väte interagerar med halogener bildas vätehalogenider H2 + Cl2 = 2HCl, och väte går in i denna reaktion i frånvaro av ljus och vid ganska höga negativa temperaturer - upp till -252°C. Vätets kemiska egenskaper gör det möjligt att använda det för reduktion av många metaller, eftersom när det reagerar absorberar väte syre från metalloxider, till exempel CuO + H2 = Cu + H2O. Väte deltar i bildningen av ammoniak genom att interagera med kväve i reaktionen ZH2 + N2 = 2NH3, men förutsatt att en katalysator används och temperaturen och trycket höjs.

En kraftig reaktion uppstår när väte reagerar med svavel i reaktionen H2 + S = H2S, vilket resulterar i vätesulfid. Interaktionen mellan väte och tellur och selen är något mindre aktiv. Om det inte finns någon katalysator, reagerar den med rent kol, väte endast under förutsättning att höga temperaturer skapas. 2H2 + C (amorf) = CH4 (metan). Under aktiviteten av väte med vissa alkalier och andra metaller erhålls hydrider, till exempel H2 + 2Li = 2LiH.

Fysikaliska egenskaper hos väte

Väte är en mycket lätt kemikalie. Åtminstone säger forskare att det för närvarande inte finns något lättare ämne än väte. Dess massa är 14,4 gånger lättare än luft, dess densitet är 0,0899 g/l vid 0°C. Vid temperaturer på -259,1°C kan väte smälta - detta är en mycket kritisk temperatur, som inte är typisk för omvandlingen av de flesta kemiska föreningar från ett tillstånd till ett annat. Endast ett grundämne som helium överstiger vätets fysikaliska egenskaper i detta avseende. Flytande av väte är svårt, eftersom dess kritiska temperatur är (-240°C). Väte är den mest värmeledande gas som mänskligheten känner till. Alla ovan beskrivna egenskaper är de mest signifikanta fysikaliska egenskaperna hos väte som används av människor för specifika ändamål. Dessa egenskaper är också de mest relevanta för modern vetenskap.

Låt oss titta på vad väte är. De kemiska egenskaperna och produktionen av denna icke-metall studeras i den oorganiska kemikursen på skolan. Det är detta element som leder Mendeleevs periodiska system, och därför förtjänar en detaljerad beskrivning.

Kort information om att öppna ett element

Innan vi tittar på de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos väte, låt oss ta reda på hur detta viktiga element hittades.

Kemister som arbetade på 1500- och 1600-talen nämnde upprepade gånger i sina skrifter den brandfarliga gas som frigörs när syror utsätts för aktiva metaller. Under andra hälften av 1700-talet lyckades G. Cavendish samla in och analysera denna gas, vilket gav den namnet "brännbar gas".

Vätets fysikaliska och kemiska egenskaper studerades inte vid den tiden. Först i slutet av 1700-talet kunde A. Lavoisier genom analys fastställa att denna gas kunde erhållas genom att analysera vatten. Lite senare började han kalla det nya elementet väte, vilket översatt betyder "föda vatten." Hydrogen har sitt moderna ryska namn till M. F. Solovyov.

Att vara i naturen

Vätets kemiska egenskaper kan endast analyseras utifrån dess förekomst i naturen. Detta element finns i hydro- och litosfären och är också en del av mineraler: naturgas, torv, olja, kol, oljeskiffer. Det är svårt att föreställa sig en vuxen som inte skulle veta att väte är en komponent i vatten.

Dessutom finns denna icke-metall i djurkroppar i form av nukleinsyror, proteiner, kolhydrater och fetter. På vår planet finns detta element i fri form ganska sällan, kanske bara i naturgas och vulkanisk gas.

I form av plasma utgör väte ungefär hälften av massan av stjärnor och solen, och är också en del av den interstellära gasen. Till exempel, i fri form, såväl som i form av metan och ammoniak, är denna icke-metall närvarande i kometer och till och med vissa planeter.

Fysikaliska egenskaper

Innan vi överväger de kemiska egenskaperna hos väte, noterar vi att det under normala förhållanden är ett gasformigt ämne som är lättare än luft och har flera isotopiska former. Det är nästan olösligt i vatten och har hög värmeledningsförmåga. Protium, som har ett massnummer av 1, anses vara dess lättaste form. Tritium, som har radioaktiva egenskaper, bildas i naturen från atmosfäriskt kväve när nervceller utsätter det för UV-strålar.

Funktioner i molekylens struktur

För att överväga de kemiska egenskaperna hos väte och reaktionerna som är karakteristiska för det, låt oss uppehålla oss vid egenskaperna hos dess struktur. Denna diatomiska molekyl innehåller en kovalent opolär kemisk bindning. Bildandet av atomärt väte är möjligt genom interaktion av aktiva metaller med sura lösningar. Men i denna form kan denna icke-metall existera endast under en kort tidsperiod, den rekombineras till en molekylär form.

Kemiska egenskaper

Låt oss överväga de kemiska egenskaperna hos väte. I de flesta föreningar som detta kemiska element bildar, uppvisar det ett oxidationstillstånd på +1, vilket gör det liknar aktiva (alkali)metaller. De viktigaste kemiska egenskaperna hos väte som kännetecknar det som en metall:

• interaktion med syre för att bilda vatten;
• reaktion med halogener, åtföljd av bildning av vätehalogenid;
• producera vätesulfid genom att kombinera med svavel.

Nedan är ekvationen för reaktioner som karakteriserar vätets kemiska egenskaper. Observera att som en icke-metall (med oxidationstillstånd -1) verkar den endast i reaktion med aktiva metaller och bildar motsvarande hydrider med dem.

Väte vid vanliga temperaturer reagerar inaktivt med andra ämnen, så de flesta reaktioner sker först efter förvärmning.

Låt oss uppehålla oss mer i detalj vid några av de kemiska interaktionerna mellan elementet som leder Mendeleevs periodiska system av kemiska element.

Reaktionen av vattenbildning åtföljs av frigörandet av 285,937 kJ energi. Vid förhöjda temperaturer (mer än 550 grader Celsius) åtföljs denna process av en kraftig explosion.

Bland de kemiska egenskaperna hos vätgas som har funnit betydande tillämpning inom industrin, är dess interaktion med metalloxider av intresse. Det är genom katalytisk hydrogenering som i modern industri metalloxider bearbetas, till exempel isoleras ren metall från järnskal (blandad järnoxid). Denna metod möjliggör effektiv återvinning av metallskrot.

Ammoniaksyntes, som involverar interaktion av väte med luftkväve, är också efterfrågad i den moderna kemiska industrin. Bland villkoren för denna kemiska interaktion noterar vi tryck och temperatur.

Slutsats

Det är väte som är ett lågaktivt kemiskt ämne under normala förhållanden. När temperaturen stiger ökar dess aktivitet avsevärt. Detta ämne är efterfrågat i organisk syntes. Till exempel kan hydrogenering reducera ketoner till sekundära alkoholer och omvandla aldehyder till primära alkoholer. Dessutom är det genom hydrering möjligt att omvandla omättade kolväten av etylen- och acetylenklassen till mättade föreningar av metanserien. Väte anses med rätta vara ett enkelt ämne som efterfrågas i modern kemisk produktion.

Väte är det allra första grundämnet i det periodiska systemet för kemiska grundämnen och har ett atomnummer på 1 och en relativ atommassa på 1,0079. Vilka är de fysikaliska egenskaperna hos väte?

Fysikaliska egenskaper hos väte

Översatt från latin betyder väte "föda vatten". Redan 1766 samlade den engelske vetenskapsmannen G. Cavendish "brännbar luft" som frigjordes när syror verkar på metaller och började studera dess egenskaper. År 1787 identifierade A. Lavoisier denna "brännbara luft" som ett nytt kemiskt element som är en del av vatten.

Ris. 1. A. Lavoisier.

Väte har 2 stabila isotoper - protium och deuterium, samt en radioaktiv - tritium, vars mängd är mycket liten på vår planet.

Väte är det vanligaste grundämnet i rymden. Solen och de flesta stjärnor har väte som huvudelement. Denna gas finns också i vatten, olja och naturgas. Den totala vätehalten på jorden är 1%.

Ris. 2. Formel för väte.

En atom av detta ämne innehåller en kärna och en elektron. När väte förlorar en elektron bildar den en positivt laddad jon, vilket betyder att den uppvisar metalliska egenskaper. Men väteatomen är också kapabel att inte bara förlora, utan också få en elektron. I detta är det mycket likt halogener. Därför tillhör väte i det periodiska systemet både grupp I och VII. Vätets icke-metalliska egenskaper är mer uttalade.

En vätemolekyl består av två atomer förbundna med en kovalent bindning

Under normala förhållanden är väte ett färglöst gasformigt grundämne som är luktfritt och smaklöst. Det är 14 gånger lättare än luft, och dess kokpunkt är -252,8 grader Celsius.

Tabell "Fysiska egenskaper hos väte"

Förutom fysikaliska egenskaper har väte även ett antal kemiska egenskaper. Väte, när det upphettas eller under påverkan av katalysatorer, reagerar med metaller och icke-metaller, svavel, selen, tellur, och kan också minska oxiderna av många metaller.

Vätgasproduktion

Av de industriella metoderna för att producera väte (förutom elektrolys av vattenhaltiga saltlösningar) bör följande noteras:

• passera vattenånga genom varmt kol vid en temperatur av 1000 grader:

• metanomvandling med vattenånga vid en temperatur av 900 grader:

CH4+2H2O=CO2+4H2