Oksigen yer üzündə ən bol elementdir. Azot və az miqdarda digər qazlarla birlikdə sərbəst oksigen Yer atmosferini əmələ gətirir. Onun havadakı miqdarı həcmcə 20,95% və ya kütlə ilə 23,15% təşkil edir. Yer qabığında atomların 58%-i bağlı oksigen atomlarıdır (kütləvi olaraq 47%). Oksigen suyun (hidrosferdə bağlı oksigen ehtiyatları olduqca böyükdür), süxurların, bir çox mineral və duzların bir hissəsidir və canlı orqanizmləri təşkil edən yağlarda, zülallarda və karbohidratlarda olur. Yerdəki sərbəst oksigenin demək olar ki, hamısı fotosintez prosesi nəticəsində yaranır və qorunur.
Fiziki xassələri.
Oksigen rəngsiz, dadsız və qoxusuz, havadan bir qədər ağır qazdır. Suda azca həll olunur (20 dərəcədə 31 ml oksigen 1 litr suda həll olur), lakin yenə də digər atmosfer qazlarından daha yaxşıdır, ona görə də su oksigenlə zənginləşir. Normal şəraitdə oksigen sıxlığı 1,429 q/l təşkil edir. -183 0 C temperaturda və 101,325 kPa təzyiqdə oksigen maye halına keçir. Maye oksigen mavi rəngə malikdir, maqnit sahəsinə çəkilir və -218,7 ° C-də mavi kristallar əmələ gətirir.
Təbii oksigenin üç izotopu O 16, O 17, O 18 var.
allotropiya- bacarığı kimyəvi element iki və ya daha çox sadə maddələr şəklində mövcuddur, yalnız molekuldakı atomların sayına və ya quruluşuna görə fərqlənir.
Ozon O 3 – tərkibində mövcuddur üst təbəqələr atmosfer Yer səthindən 20-25 km yüksəklikdə yerləşir və “ ozon qatı", Yeri Günəşin zərərli ultrabənövşəyi radiasiyasından qoruyan; solğun bənövşəyi, spesifik, kəskin, lakin xoş qoxusu olan çox miqdarda zəhərli qaz. Ərimə nöqtəsi -192,7 0 C, qaynama nöqtəsi 111,9 0 C. Oksigeni suda daha yaxşı həll edirik.
Ozon güclü oksidləşdirici maddədir. Onun oksidləşdirici fəaliyyəti molekulun atom oksigeninin sərbəst buraxılması ilə parçalanma qabiliyyətinə əsaslanır:
Bir çox sadə və mürəkkəb maddələri oksidləşdirir. Bəzi metallarla ozonidlər əmələ gətirir, məsələn, kalium ozonid:
K + O 3 = KO 3
Ozon xüsusi cihazlarda - ozonizatorlarda istehsal olunur. Onlarda elektrik boşalmasının təsiri altında molekulyar oksigen ozona çevrilir:
Bənzər bir reaksiya ildırım boşalmalarının təsiri altında baş verir.
Ozondan istifadə onun güclü oksidləşdirici xassələri ilə bağlıdır: o, parçalar ağartmaq, dezinfeksiya etmək üçün istifadə olunur. içməli su, tibbdə dezinfeksiyaedici kimi.
Ozonu böyük miqdarda tənəffüs etmək zərərlidir: gözlərin və tənəffüs orqanlarının selikli qişasını qıcıqlandırır.
Kimyəvi xassələri.
Digər elementlərin (flüor istisna olmaqla) atomları ilə kimyəvi reaksiyalarda oksigen yalnız oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.
Ən mühüm kimyəvi xüsusiyyət demək olar ki, bütün elementlərlə oksidlər əmələ gətirmək qabiliyyətidir. Eyni zamanda, oksigen əksər maddələrlə, xüsusən də qızdırıldıqda birbaşa reaksiya verir.
Bu reaksiyalar nəticəsində, bir qayda olaraq, oksidlər, daha az peroksidlər əmələ gəlir:
2Ca + O 2 = 2CaO
2Ba + O 2 = 2BaO
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Oksigen bilavasitə halogenlər, qızıl və platinlə qarşılıqlı təsir göstərmir, onların oksidləri dolayı yolla əldə edilir. Qızdırıldıqda kükürd, karbon və fosfor oksigendə yanır.
Oksigenin azotla qarşılıqlı təsiri yalnız 1200 0 C temperaturda və ya elektrik boşalmasında başlayır:
N 2 + O 2 = 2NO
Hidrogenlə oksigen suyu əmələ gətirir:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Bu reaksiya zamanı əhəmiyyətli miqdarda istilik ayrılır.
İki həcmli hidrogenin bir həcm oksigenlə qarışığı alovlandıqda partlayır; buna partlayıcı qaz deyilir.
Atmosfer oksigeni ilə təmasda olan bir çox metal məhv olur - korroziya. Normal şəraitdə bəzi metallar yalnız səthdən oksidləşir (məsələn, alüminium, xrom). Nəticədə meydana gələn oksid filmi daha çox qarşılıqlı əlaqənin qarşısını alır.
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
Müəyyən şəraitdə mürəkkəb maddələr də oksigenlə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bu zaman oksidlər, bəzi hallarda isə oksidlər və sadə maddələr əmələ gəlir.
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
4NN 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О
4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O
Mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, oksigen oksidləşdirici maddə kimi çıxış edir. Onun mühüm xüsusiyyəti, saxlamaq qabiliyyəti yanma maddələr.
Oksigen həmçinin hidrogen - hidrogen peroksid H 2 O 2 - kəskin büzücü dadı olan, suda çox həll olunan rəngsiz şəffaf maye ilə birləşmə əmələ gətirir. Kimyəvi cəhətdən hidrogen peroksid çox maraqlı birləşmədir. Onun aşağı sabitliyi xarakterikdir: dayanarkən yavaş-yavaş suya və oksigenə parçalanır:
H 2 O 2 = H 2 O + O 2
İşıq, istilik, qələvilərin olması, oksidləşdirici və ya azaldıcı maddələrlə təmas parçalanma prosesini sürətləndirir. Hidrogen peroksiddə oksigenin oksidləşmə vəziyyəti = - 1, yəni. suda (-2) və molekulyar oksigendə (0) oksigenin oksidləşmə vəziyyəti arasında aralıq dəyərə malikdir, buna görə də hidrogen peroksid redoks ikililiyini nümayiş etdirir. Hidrogen peroksidin oksidləşdirici xassələri reduksiya xassələrinə nisbətən daha qabarıqdır və onlar asidik, qələvi və neytral mühitlərdə özünü göstərir.
H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O
Hidrogen H Kainatda ən çox yayılmış elementdir (kütləvi olaraq təxminən 75%) və Yerdə ən çox yayılmış doqquzuncudur. Ən vacib təbii hidrogen birləşməsi sudur.
Hidrogen dövri cədvəldə birinci yerdədir (Z = 1). Ən sadə atom quruluşuna malikdir: atomun nüvəsi 1 protondur, 1 elektrondan ibarət elektron buludu ilə əhatə olunmuşdur.
Bəzi şərtlərdə hidrogen metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir (bir elektron verir), digərlərində isə qeyri-metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir (elektron qəbul edir).
Təbiətdə tapılan hidrogen izotopları bunlardır: 1H - protium (nüvə bir protondan ibarətdir), 2H - deuterium (D - nüvə bir proton və bir neytrondan ibarətdir), 3H - tritium (T - nüvə bir proton və ikidən ibarətdir. neytronlar).
Sadə maddə hidrogen
Hidrogen molekulu kovalent qeyri-qütb bağı ilə bağlanmış iki atomdan ibarətdir.
Fiziki xassələri. Hidrogen rəngsiz, qoxusuz, dadsız, zəhərli olmayan qazdır. Hidrogen molekulu qütblü deyil. Buna görə də hidrogen qazında molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri kiçikdir. Bu da özünü göstərir aşağı temperaturlar qaynama (-252,6 0С) və ərimə (-259,2 0С).
Hidrogen havadan yüngüldür, D (hava ilə) = 0,069; suda az həll olunur (2 həcm H2 100 həcm H2O-da həll olunur). Buna görə də, hidrogen, laboratoriyada istehsal edildikdə, hava və ya su yerdəyişmə üsulları ilə toplana bilər.
Hidrogen istehsalı
Laboratoriyada:
1. Seyreltilmiş turşuların metallara təsiri:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. Qələvi ilə qarşılıqlı təsir metallar su ilə:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2
3. Hidridlərin hidrolizi: metal hidridlər su ilə asanlıqla parçalanır və müvafiq qələvi və hidrogeni əmələ gətirir:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2
4. Qələvilərin sink və ya alüminium və ya silikona təsiri:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
5. Suyun elektrolizi. Suyun elektrik keçiriciliyini artırmaq üçün ona bir elektrolit əlavə olunur, məsələn, NaOH, H 2 SO 4 və ya Na 2 SO 4. Katodda 2 həcm hidrogen, anodda isə 1 həcm oksigen əmələ gəlir.
2H 2 O → 2H 2 +O 2
Hidrogenin sənaye istehsalı
1. Buxarla metanın çevrilməsi, Ni 800 °C (ən ucuz):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
Toplam:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2
2. 1000 o C-də isti koks vasitəsilə su buxarı:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2
Nəticədə meydana gələn dəm qazı (IV) su tərəfindən udulur və sənaye hidrogeninin 50%-i bu yolla əmələ gəlir.
3. Dəmir və ya nikel katalizatorunun iştirakı ilə metanı 350°C-ə qədər qızdırmaqla:
CH 4 → C + 2H 2
4. KCl və ya NaCl-nin sulu məhlullarının elektrolizi, kimi yan məhsul:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH
Hidrogenin kimyəvi xassələri
- Birləşmələrdə hidrogen həmişə monovalentdir. +1 oksidləşmə vəziyyəti ilə xarakterizə olunur, lakin metal hidridlərdə -1-ə bərabərdir.
- Hidrogen molekulu iki atomdan ibarətdir. Onların arasında əlaqənin yaranması H:H və ya H 2 ümumiləşdirilmiş elektron cütünün əmələ gəlməsi ilə izah olunur.
- Elektronların bu ümumiləşdirilməsi sayəsində H 2 molekulu ayrı-ayrı atomlarına nisbətən enerji baxımından daha sabitdir. 1 mol hidrogen molekulunu atomlara parçalamaq üçün 436 kJ enerji sərf etmək lazımdır: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol.
- Bu, adi temperaturda molekulyar hidrogenin nisbətən aşağı aktivliyini izah edir.
- Bir çox qeyri-metallarla hidrogen RH 4, RH 3, RH 2, RH kimi qazlı birləşmələr əmələ gətirir.
1) Halojenlərlə hidrogen halogenidləri əmələ gətirir:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Eyni zamanda flüorla partlayır, xlor və bromla yalnız işıqlandırıldıqda və ya qızdırıldıqda, yodla isə yalnız qızdırıldıqda reaksiya verir.
2) Oksigenlə:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
istilik buraxılması ilə. Normal temperaturda reaksiya yavaş gedir, 550°C-dən yuxarı olduqda partlayır. 2 həcm H 2 və 1 həcm O 2 qarışığına partlayıcı qaz deyilir.
3) Qızdırıldıqda kükürdlə güclü reaksiya verir (selen və tellurla daha çətin):
H 2 + S → H 2 S (hidrogen sulfid),
4) Yalnız katalizatorda və yüksək temperatur və təzyiqlərdə ammonyak əmələ gətirən azotla:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3
5) karbon ilə yüksək temperatur:
2H 2 + C → CH 4 (metan)
6) Qələvi və qələvi torpaq metalları ilə hidridlər əmələ gətirir (hidrogen oksidləşdirici maddədir):
H 2 + 2Li → 2LiH
metal hidridlərdə hidrogen ionu mənfi yüklüdür (oksidləşmə vəziyyəti -1), yəni Na + H hidrid - Na + Cl xloridinə bənzər qurulmuşdur -
Kompleks maddələrlə:
7) Metal oksidləri ilə (metalları azaltmaq üçün istifadə olunur):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O
8) dəm qazı ilə (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintez qazı (hidrogen və karbon monoksit qarışığı) əhəmiyyətlidir praktik əhəmiyyəti, çünki temperaturdan, təzyiqdən və katalizatordan asılı olaraq müxtəlif üzvi birləşmələr əmələ gəlir, məsələn, HCHO, CH 3 OH və s.
9) Doymamış karbohidrogenlər hidrogenlə reaksiyaya girərək doymuş olurlar:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.
oksigen- Yer üzündə ən çox yayılmış elementlərdən biridir. O, Yer qabığının, planetin xarici qabığının çəkisinin təxminən yarısını təşkil edir. Hidrogenlə birləşdikdə, yer səthinin üçdə ikisindən çoxunu əhatə edən su əmələ gətirir.
Biz oksigeni görə bilmirik, dadını və qoxusunu da bilmirik. Lakin o, havanın beşdə birini təşkil edir və həyat üçün zəruridir. Yaşamaq üçün biz də heyvanlar və bitkilər kimi nəfəs almalıyıq.
Oksigen əvəzedilməz bir iştirakçıdır kimyəvi reaksiyalar, canlı orqanizmin hər hansı bir mikroskopik hüceyrəsinə daxil olur, nəticədə parçalanırlar qida maddələri və həyat üçün lazım olan enerji sərbəst buraxılır. Buna görə də oksigen hər bir canlı üçün (bir neçə növ mikrob istisna olmaqla) çox lazımdır.
Yanan zaman maddələr oksigenlə birləşərək istilik və işıq şəklində enerji buraxır.
hidrogen
Kainatda ən çox yayılmış elementdir hidrogen. Bu, əksər ulduzların əsas hissəsini təşkil edir. Yer üzündə əksər hidrogen (kimyəvi simvol H) oksigenlə (O) birləşərək suyu (H20) əmələ gətirir. Hidrogen ən sadə və ən yüngül kimyəvi elementdir, çünki atomlarının hər biri yalnız bir proton və bir elektrondan ibarətdir.
20-ci əsrin əvvəllərində hava gəmiləri və böyük təyyarələr hidrogenlə dolduruldu. Bununla belə, hidrogen çox alovlanır. Yanğınların səbəb olduğu bir neçə fəlakətdən sonra hidrogen artıq dirijabllarda istifadə edilmədi. Bu gün aeronavtikada başqa bir yüngül qazdan - yanmaz heliumdan istifadə olunur.
Hidrogen karbonla birləşərək karbohidrogen adlanan maddələr əmələ gətirir. Bunlara təbii qazdan və xam neftdən alınan məhsullar, məsələn, propan və butan qazları və ya maye benzin daxildir. Hidrogen də karbon və oksigenlə birləşərək karbohidratlar əmələ gətirir. Kartof və düyüdə nişasta, çuğundurda şəkər karbohidratlardır.
Günəş və digər ulduzlar əsasən hidrogendən ibarətdir. Ulduzun mərkəzində dəhşətli temperatur və təzyiqlər hidrogen atomlarını bir-biri ilə birləşməyə və başqa bir qaza - heliuma çevrilməyə məcbur edir. Bu, istilik və işıq şəklində böyük miqdarda enerji buraxır.
Dərsin məqsədi. Bu dərsdə siz yer üzündə həyat üçün bəlkə də ən vacib kimyəvi elementlər - hidrogen və oksigen haqqında məlumat əldə edəcəksiniz, onların kimyəvi xassələri, eləcə də əmələ gətirdikləri sadə maddələrin fiziki xassələri haqqında məlumat əldə edəcəksiniz, oksigen və hidrogenin rolu haqqında daha çox məlumat əldə edəcəksiniz. təbiətdə və həyatda insan.
hidrogen- Kainatda ən çox yayılmış element. oksigen- Yer üzündə ən çox yayılmış element. Onlar birlikdə insan bədəninin kütləsinin yarısından çoxunu təşkil edən bir maddə olan suyu əmələ gətirirlər. Oksigen tənəffüs üçün lazım olan bir qazdır və su olmadan bir neçə gün belə yaşaya bilməzdik, buna görə də, şübhəsiz ki, oksigen və hidrogeni həyat üçün lazım olan ən vacib kimyəvi elementlər hesab edə bilərik.
Hidrogen və oksigen atomlarının quruluşu
Beləliklə, hidrogen qeyri-metal xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Təbiətdə hidrogen var üçlük forması izotoplar, protium, deuterium və tritium, hidrogen izotopları fiziki xassələrinə görə bir-birindən çox fərqlidirlər, ona görə də onlara hətta fərdi simvollar da verilir.
İzotopların nə olduğunu xatırlamırsınızsa və ya bilmirsinizsə, "İzotoplar bir kimyəvi elementin atomlarının növləri kimi" elektron tədris resursunun materialları ilə işləyin. Burada bir elementin izotoplarının bir-birindən necə fərqləndiyini, bir elementin bir neçə izotopunun olmasının nəyə səbəb olduğunu öyrənəcək, həmçinin bir neçə elementin izotopları ilə tanış olacaqsınız.
Beləliklə, oksigenin mümkün oksidləşmə dərəcələri -2 ilə +2 arasında olan dəyərlərlə məhdudlaşır. Oksigen iki elektron qəbul edərsə (anion halına gəlir) və ya daha az elektronmənfi elementləri olan iki kovalent bağ əmələ gətirirsə, -2 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Oksigen başqa bir oksigen atomu ilə bir əlaqə və daha az elektronmənfi elementin atomu ilə ikinci bir əlaqə yaradırsa, -1 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Flüorla iki kovalent əlaqə yaratmaq (daha çox olan yeganə element yüksək dəyər elektronmənfilik), oksigen +2 oksidləşmə vəziyyətinə keçir. Bir oksigen atomunun digəri ilə, ikincisinin isə flüor atomu ilə əlaqə yaratmaq – +1. Nəhayət, əgər oksigen daha az elektronmənfi atomla bir əlaqə və flüorla ikinci bir əlaqə yaradırsa, o, oksidləşmə vəziyyətində 0 olacaqdır.
Hidrogen və oksigenin fiziki xassələri, oksigenin allotropiyası
hidrogen– dadı və qoxusu olmayan rəngsiz qaz. Çox yüngül (havadan 14,5 dəfə yüngül). Hidrogenin mayeləşmə temperaturu -252,8 °C - bütün qazlar arasında demək olar ki, ən aşağıdır (yalnız heliumdan sonra ikincidir). Maye və bərk hidrogen çox yüngül, rəngsiz maddələrdir.
oksigen- rəngsiz, dadsız və qoxusuz, havadan bir qədər ağır qaz. -182,9 °C temperaturda ağır mavi mayeyə çevrilir, -218 °C-də kristalların əmələ gəlməsi ilə bərkiyir. mavi rəngdə. Oksigen molekulları paramaqnitdir, yəni oksigeni maqnit cəlb edir. Oksigen suda zəif həll olunur.
Yalnız bir növ molekullar əmələ gətirən hidrogendən fərqli olaraq, oksigen allotropiya nümayiş etdirir və iki növ molekul əmələ gətirir, yəni oksigen elementi iki sadə maddə əmələ gətirir: oksigen və ozon.
Sadə maddələrin kimyəvi xassələri və hazırlanması
hidrogen.
Hidrogen molekulundakı bağ tək bir bağdır, lakin təbiətdəki ən güclü tək bağlardan biridir və onu qırmaq üçün çoxlu enerji sərf etmək lazımdır, bu səbəbdən hidrogen otaq temperaturunda çox qeyri-aktivdir, lakin artan temperatur (və ya katalizatorun iştirakı ilə) hidrogen bir çox sadə və mürəkkəb maddələrlə asanlıqla qarşılıqlı təsir göstərir.
Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən hidrogen tipik qeyri-metaldır. Yəni o, aktiv metallarla qarşılıqlı təsirə girərək hidridlər əmələ gətirə bilir, burada -1 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir. Bəzi metallarla (litium, kalsium) qarşılıqlı təsir hətta otaq temperaturunda baş verir, lakin olduqca yavaş, buna görə hidridlərin sintezində istilik istifadə olunur:
,
.
Sadə maddələrin birbaşa qarşılıqlı təsiri ilə hidridlərin əmələ gəlməsi yalnız aktiv metallar üçün mümkündür. Alüminium artıq hidrogenlə birbaşa əlaqə saxlamır, onun hidridi mübadilə reaksiyaları nəticəsində əldə edilir.
Hidrogen də yalnız qızdırıldıqda qeyri-metallarla reaksiya verir. İstisna halogenlər olan xlor və bromdur, onların reaksiyası işıqla yarana bilər:
.
Flüorla reaksiya da isitmə tələb etmir, hətta güclü soyutma və mütləq qaranlıqda da partlayıcı şəkildə davam edir.
Oksigenlə reaksiya budaqlanmış zəncir mexanizmi boyunca gedir, buna görə reaksiya sürəti sürətlə artır və oksigen və hidrogen qarışığında 1: 2 nisbətində reaksiya partlayışla davam edir (belə bir qarışıq "partlayıcı qaz" adlanır). ):
.
Kükürdlə reaksiya demək olar ki, heç bir istilik əmələ gəlmədən daha sakit şəkildə gedir:
.
Azot və yod ilə reaksiyalar geri çevrilir:
,
.
Bu hal sənayedə ammonyak əldə etməyi çox çətinləşdirir: proses ammonyakın əmələ gəlməsi istiqamətində tarazlığı qarışdırmaq üçün artan təzyiqdən istifadə etməyi tələb edir. Hidrogen yodidi birbaşa sintez yolu ilə əldə edilmir, çünki daha bir neçəsi var əlverişli yollar onun sintezi.
Hidrogen aşağı aktiv qeyri-metallarla birbaşa reaksiya vermir (), baxmayaraq ki, onlarla birləşmələri məlumdur.
Mürəkkəb maddələrlə reaksiyalarda hidrogen əksər hallarda reduksiyaedici kimi çıxış edir. Məhlullarda hidrogen aşağı aktiv metalları (gərginlik seriyasında hidrogendən sonra yerləşir) duzlarından azalda bilər:
Qızdırıldıqda hidrogen bir çox metalı oksidlərindən azalda bilər. Üstəlik, metal nə qədər aktiv olsa, onu bərpa etmək bir o qədər çətindir və bunun üçün tələb olunan temperatur bir o qədər yüksəkdir:
.
Sinkdən daha aktiv metalları hidrogenlə azaltmaq demək olar ki, mümkün deyil.
Hidrogen laboratoriyada metalları güclü turşularla reaksiyaya salmaqla əldə edilir. Ən çox istifadə edilən sink və xlor turşusudur:
Güclü elektrolitlərin iştirakı ilə suyun elektrolizi daha az istifadə olunur:
Sənayedə hidrogen natrium xlorid məhlulunun elektrolizi yolu ilə natrium hidroksid istehsal edərkən əlavə məhsul kimi əldə edilir:
Bundan əlavə, hidrogen neft emalı nəticəsində əldə edilir.
Suyun fotolizi ilə hidrogen əldə etmək gələcəkdə ən perspektivli üsullardan biridir, lakin hazırda sənaye tətbiqi bu üsul çətindir.
Elektron təhsil resurslarından materiallarla işləmək Laboratoriya işi“Hidrogenin istehsalı və xassələri” və “Hidrogenin azaldılması xüsusiyyətləri” laboratoriya işi. Kipp aparatının və Kiryuşkin aparatının iş prinsipini öyrənin. Fikirləşin ki, hansı hallarda Kipp aparatını, hansı hallarda isə Kiryuşkin aparatını istifadə etmək daha əlverişlidir. Hidrogen reaksiyalarda hansı xassələri nümayiş etdirir?
oksigen.
Oksigen molekulundakı bağ ikiqat və çox güclüdür. Buna görə də, oksigen otaq temperaturunda olduqca qeyri-aktivdir. Qızdırıldıqda isə güclü oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirməyə başlayır.
Oksigen aktiv metallarla (qələvi, qələvi torpaq və bəzi lantanidlər) qızdırılmadan reaksiya verir:
Qızdırıldıqda oksigen əksər metallarla reaksiyaya girərək oksidlər əmələ gətirir:
,
,
.
Gümüş və daha az aktiv metallar oksigenlə oksidləşmir.
Oksigen də oksidləri əmələ gətirmək üçün əksər qeyri-metallarla reaksiya verir:
,
,
.
Azotla qarşılıqlı əlaqə yalnız çox yüksək temperaturda, təxminən 2000 °C-də baş verir.
Oksigen xlor, brom və yodla reaksiya vermir, baxmayaraq ki, onların oksidlərinin çoxunu dolayı yolla əldə etmək olar.
Oksigenin flüorla qarşılıqlı əlaqəsi qazların qarışığından elektrik boşalması keçirərək həyata keçirilə bilər:
.
Oksigen (II) ftorid qeyri-sabit birləşmədir, asanlıqla parçalanır və çox güclü oksidləşdirici maddədir.
Məhlullarda oksigen güclü, lakin yavaş olsa da, oksidləşdirici maddədir. Bir qayda olaraq, oksigen metalların daha yüksək oksidləşmə vəziyyətlərinə keçməsinə kömək edir:
Oksigenin olması çox vaxt gərginlik seriyasında hidrogenin arxasında yerləşən metalların turşularda həll olunmasına imkan verir:
Qızdırıldıqda, oksigen aşağı metal oksidlərini oksidləşdirə bilər:
.
Sənayedə oksigen kimyəvi üsullarla alınmır, havadan distillə yolu ilə alınır.
Laboratoriyada qızdırıldıqda oksigenlə zəngin birləşmələrin - nitratların, xloratların, permanqanatların parçalanma reaksiyalarından istifadə edirlər:
Siz həmçinin hidrogen peroksidin katalitik parçalanması yolu ilə oksigeni əldə edə bilərsiniz:
Bundan əlavə, yuxarıda göstərilən su elektroliz reaksiyası oksigen istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.
Elektron tədris resursunun materialları ilə işləmək “Oksigen istehsalı və onun xassələri” laboratoriya işi.
Laboratoriya işlərində istifadə olunan oksigen toplama üsulu necə adlanır? Qazların toplanmasının başqa hansı üsulları mövcuddur və onlardan hansı oksigen toplamaq üçün uyğundur?
Tapşırıq 1. “Qızdırdıqda kalium permanganatın parçalanması” video klipinə baxın.
Suallara cavab verin:
- Bərk reaksiya məhsullarından hansı suda həll olunur?
- Kalium permanganat məhlulu hansı rəngdədir?
- Kalium manqanat məhlulu hansı rəngdədir?
Baş verən reaksiyalar üçün tənlikləri yazın. Elektron balans metodundan istifadə edərək onları balanslaşdırın.
Tapşırığı müəlliminizlə video otağında və ya otaqda müzakirə edin.
Ozon.
Ozon molekulu triatomikdir və içindəki bağlar oksigen molekulundan daha az güclüdür, bu da ozonun daha çox kimyəvi aktivliyinə səbəb olur: ozon bir çox maddələri məhlullarda və ya quru formada qızdırmadan asanlıqla oksidləşdirir:
Ozon katalizator olmadan azot (IV) oksidini azot (V) oksidinə, kükürd (IV) oksidini isə kükürd (VI) oksidinə asanlıqla oksidləşdirə bilər:
Ozon oksigen əmələ gətirmək üçün tədricən parçalanır:
Ozon istehsal etmək üçün istifadə olunur xüsusi qurğular– parıltı boşalmasının oksigendən keçdiyi ozonizatorlar.
Laboratoriyada az miqdarda ozon əldə etmək üçün bəzən qızdırıldıqda perokso birləşmələrinin və bəzi yüksək oksidlərin parçalanma reaksiyalarından istifadə olunur:
Elektron tədris resursunun materialları ilə işləmək “Ozon istehsalı və onun xassələrinin öyrənilməsi” laboratoriya işi.
İndiqo məhlulunun niyə rəngsizləşdiyini izah edin. Qurğuşun nitrat və natrium sulfid məhlulları qarışdırıldıqda və yaranan asqıdan ozonlanmış hava keçdikdə baş verən reaksiyaların tənliklərini yazın. İon mübadiləsi reaksiyası üçün ion tənliklərini yazın. Redoks reaksiyası üçün elektron tarazlığı yaradın.
Tapşırığı müəlliminizlə video otağında və ya otaqda müzakirə edin.
Suyun kimyəvi xassələri
Daha yaxşı tanış olmaq üçün fiziki xassələri su və onun əhəmiyyəti, “Suyun anomal xassələri” və “Su Yerdəki ən vacib mayedir” elektron tədris resurslarının materialları ilə işləmək.
Su bütün canlı orqanizmlər üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir - əslində bir çox canlı orqanizmlər suyun yarısından çoxunu təşkil edir. Su ən universal həlledicilərdən biridir (yüksək temperatur və təzyiqlərdə onun həlledici kimi imkanları əhəmiyyətli dərəcədə artır). Kimyəvi baxımdan su hidrogen oksiddir sulu məhlul o (çox az da olsa) hidrogen kationlarına və hidroksid anionlarına ayrılır:
.
Su bir çox metallarla reaksiya verir. Su qızdırmadan aktiv (qələvi, qələvi torpaq və bəzi lantanidlər) ilə reaksiya verir:
Daha az aktiv olanlarla qarşılıqlı əlaqə qızdırıldığında baş verir.
Ümumi və qeyri-üzvi kimya
Mühazirə 6. Hidrogen və oksigen. Su. Hidrogen peroksid.
hidrogen
Hidrogen atomu kimyanın ən sadə obyektidir. Düzünü desək, onun ionu, protonu daha sadədir. İlk dəfə 1766-cı ildə Cavendish tərəfindən təsvir edilmişdir. Yunan dilindən ad. "hidrogenlər" - su yaradan.
Hidrogen atomunun radiusu təxminən 0,5 * 10-10 m, ionu (proton) 1,2 * 10-15 m və ya 50 pm ilə 1,2 * 10-3 pm və ya 50 metrdən (SCA diaqonalı) ) 1 mm-ə qədər.
Növbəti 1s elementi, litium, Li+ üçün yalnız 155-dən axşam 68-ə qədər dəyişir. Atomun və onun kationunun (5 böyüklük sırası) ölçülərində belə fərq unikaldır.
Protonun kiçik ölçüsünə görə mübadilə baş verir hidrogen bağı, ilk növbədə oksigen, azot və flüor atomları arasında. Hidrogen bağlarının gücü 10-40 kJ/mol təşkil edir ki, bu da əksər adi bağların qırılma enerjisindən (üzvi molekullarda 100-150 kJ/mol) əhəmiyyətli dərəcədə azdır, lakin 370 C-də istilik hərəkətinin orta kinetik enerjisindən böyükdür. (4 kJ/mol). Nəticədə, canlı orqanizmdə hidrogen bağları geri dönüşlü şəkildə pozulur, həyati proseslərin axını təmin edilir.
Hidrogen 14 K-da əriyir, 20,3 K-da qaynar (təzyiq 1 atm), maye hidrogenin sıxlığı cəmi 71 q/l (sudan 14 dəfə yüngül).
Nadirləşdirilmiş ulduzlararası mühitdə 0,1 mm (r = n2 * 0,5 * 10-10 m) düzənli Bor radiusuna uyğun gələn dalğa uzunluğu 18 m olan n 733 → 732-ə qədər keçidlə həyəcanlanmış hidrogen atomları aşkar edilmişdir. !).
Kosmosda ən çox yayılmış element (atomların 88,6%-i, atomların 11,3%-i helium, yalnız 0,1%-i bütün digər elementlərin atomlarıdır).
4 H → 4 He + 26,7 MeV 1 eV = 96,48 kJ/mol
Protonların spini 1/2 olduğundan, hidrogen molekullarının üç variantı var:
ortohidrogen o-H2 paralel nüvə spinləri ilə, parahidrogen p-H2 ilə antiparalel spinlər və normal n-H2 - 75% orto-hidrogen və 25% para-hidrogen qarışığı. o-H2 → p-H2 çevrilməsi zamanı 1418 J/mol ayrılır.
Orto- və parahidrogenin xassələri
Hidrogenin atom kütləsi mümkün olan minimum olduğundan, onun izotopları - deyterium D (2 H) və tritium T (3 H) fiziki və fiziki cəhətdən protium 1 H-dən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. kimyəvi xassələri. Məsələn, içindəki hidrogenlərdən birini əvəz etmək üzvi birləşmə deyteriumda onun vibrasiya (infraqırmızı) spektrində nəzərəçarpacaq dərəcədə əks olunur ki, bu da mürəkkəb molekulların quruluşunu təyin etməyə imkan verir. Oxşar əvəzetmələrdən (“etiketli atom metodu”) kompleksin mexanizmlərini qurmaq üçün də istifadə olunur
kimyəvi və biokimyəvi proseslər. Etiketli atom metodu, protium əvəzinə radioaktiv tritiumdan istifadə edərkən xüsusilə həssasdır (β-parçalanma, yarı ömrü 12,5 il).
Protium və deyteriumun xassələri
Sıxlıq, q/l (20 K) |
|||||||
Əsas üsul hidrogen istehsalı sənayedə - metanın çevrilməsi |
|||||||
və ya kömürün 800-11000 C-də nəmləndirilməsi (katalizator): |
|||||||
CH4 + H2 O = CO + 3 H2 |
10000 C-dən yuxarı |
||||||
"Su qazı": C + H2 O = CO + H2 |
|||||||
Sonra CO çevrilməsi: CO + H2 O = CO2 + H2 |
4000 C, kobalt oksidləri |
||||||
Cəmi: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2
Digər hidrogen mənbələri.
Koks qazı: təxminən 55% hidrogen, 25% metan, 2% -ə qədər ağır karbohidrogenlər, 4-6% CO, 2% CO2, 10-12% azot.
Hidrogen yanma məhsulu kimi:
Si + Ca(OH)2 + 2 NaOH = Na2 SiO3 + CaO + 2 H2
1 kq pirotexniki qarışıqdan 370 litrə qədər hidrogen ayrılır.
Hidrogen şəklində sadə maddə ammonyak istehsalı və bitki yağlarının hidrogenləşdirilməsi (bərkləşdirilməsi), bəzi metal oksidlərinin (molibden, volfram) reduksiyasında, hidridlərin (LiH, CaH2,
LiAlH4).
Reaksiya entalpiyası: H. + H. = H2 -436 kJ/mol, belə ki, atom hidrogen yüksək temperatur reduksiya "alov" ("Langmuir burner") istehsal etmək üçün istifadə olunur. Elektrik qövsündəki hidrogen axını 35.000 C-də 30% atomlaşdırılır, sonra atomların rekombinasiyası ilə 50.000 C-ə çatmaq mümkündür.
Mayeləşdirilmiş hidrogen raketlərdə yanacaq kimi istifadə olunur (bax: oksigen). Yerüstü nəqliyyat üçün ekoloji cəhətdən təmiz yanacaq vəd edən; Metal hidrid hidrogen akkumulyatorlarının istifadəsi üzrə eksperimentlər aparılır. Məsələn, LaNi5 ərintisi maye hidrogenin eyni həcmində (ərintinin həcmi kimi) olandan 1,5-2 dəfə çox hidrogeni uda bilər.
oksigen
İndi ümumi qəbul edilmiş məlumatlara görə, oksigeni 1774-cü ildə J. Priestley və müstəqil olaraq K. Scheele kəşf etmişdir. Oksigenin kəşf tarixi - yaxşı nümunə paradiqmaların elmin inkişafına təsiri (bax: Əlavə 1).
Görünür, oksigen əslində rəsmi tarixdən xeyli əvvəl kəşf edilib. 1620-ci ildə hər kəs Kornelius van Drebbel tərəfindən hazırlanmış sualtı qayıqla Temzada (Temzada) gəzintiyə çıxa bilərdi. Qayıq onlarla avarçının səyi nəticəsində suyun altında hərəkət edib. Çoxsaylı şahidlərin sözlərinə görə, sualtı qayığın ixtiraçısı içindəki havanı “təzələmək” yolu ilə nəfəs alma problemini uğurla həll edib. kimyəvi cəhətdən. Robert Boyl 1661-ci ildə yazırdı: “... Bundan başqa mexaniki dizayn ixtiraçının gəmiləri var idi kimyəvi məhlul(içki) olan o
akvalansın əsas sirri hesab olunurdu. Və zaman-zaman nəfəs almaq üçün yararlı olan havanın bir hissəsinin artıq tükəndiyinə və qayıqdakı insanların nəfəs almasını çətinləşdirdiyinə əmin olduqda, bu məhlulla doldurulmuş gəminin tıxacını açaraq, tez bir zamanda doldura bilərdi. kifayət qədər uzun müddət nəfəs almaq üçün yenidən yararlı hala gətirəcək həyati hissələrdən ibarət hava.
Sakit vəziyyətdə olan sağlam bir insan gündə təxminən 7200 litr havanı ağciyərlərinə vurur və geri dönməz şəkildə 720 litr oksigen qəbul edir. Həcmi 6 m3 olan qapalı otaqda bir insan 12 saata qədər havalandırma olmadan yaşaya bilər. fiziki iş 3-4 saat. Tənəffüs çətinliyinin əsas səbəbi oksigen çatışmazlığı deyil, əksinə karbon qazının yığılması 0,3%-dən 2,5%-ə qədər.
Uzun müddətə Oksigen istehsalının əsas üsulu "barium" dövrü idi (Bren metodundan istifadə edərək oksigen istehsalı):
BaSO4 -t-→ BaO + SO3;
5000 C ->
BaO + 0,5 O2 ====== BaO2<- 7000 C
Drebbelin gizli məhlulu hidrogen peroksidin məhlulu ola bilər: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2
Piroliz qarışığının yandırılması ilə oksigenin alınması: NaClO3 = NaCl + 1,5 O2 + 50,5 kJ
Qarışıqda 80%-ə qədər NaClO3, 10%-ə qədər dəmir tozu, 4% barium peroksid və şüşə yun var.
Oksigen molekulu paramaqnitdir (praktiki olaraq biradikaldır), buna görə də aktivliyi yüksəkdir. Havadakı üzvi maddələr peroksidin əmələ gəlməsi mərhələsində oksidləşir.
Oksigen 54,8 K-da əriyir və 90,2 K-da qaynayır.
Oksigen elementinin allotropik modifikasiyası ozon O3 maddəsidir. Yerin bioloji ozon mühafizəsi son dərəcə vacibdir. 20-25 km yüksəklikdə tarazlıq qurulur:
UV<280 нм |
UV 280-320nm |
||
O2 ----> 2 O* |
O* + O2 + M --> O3 |
O3------- |
> O2 + O |
(M – N2, Ar) |
|||
1974-cü ildə 25 km-dən çox hündürlükdə freonlardan əmələ gələn atom xlorunun “ozon” ultrabənövşəyi radiasiyanı əvəz edən kimi ozonun parçalanmasını katalizlədiyi aşkar edilmişdir. Bu UV dəri xərçənginə səbəb ola bilər (ABŞ-da ildə 600 min hadisəyə qədər). Aerozol qutularında freonlara qadağa 1978-ci ildən ABŞ-da qüvvədədir.
1990-cı ildən etibarən qadağan olunmuş maddələrin siyahısına (92 ölkədə) CH3 CCl3, CCl4 və xlorobrominləşdirilmiş karbohidrogenlər daxildir - onların istehsalı 2000-ci ilə qədər dayandırılacaqdır.
Oksigendə hidrogenin yanması
Reaksiya çox mürəkkəbdir (3-cü mühazirədəki sxem), ona görə də praktik tətbiqdən əvvəl uzun müddət öyrənilməsi tələb olunurdu.
21 iyul 1969-cu ildə ilk yer kürəsi N. Armstronq Aya yeridi. Saturn 5 reaktiv yaylım atəşi (Vernher fon Braun tərəfindən hazırlanmışdır) üç mərhələdən ibarətdir. Birincidə kerosin və oksigen, ikinci və üçüncüdə maye hidrogen və oksigen var. Cəmi 468 ton maye O2 və H2. 13 uğurlu buraxılış həyata keçirilib.
1981-ci ilin aprelindən ABŞ-da Kosmik Şotl uçur: 713 ton maye O2 və H2, həmçinin hər biri 590 ton olan iki bərk yanacaq sürətləndiricisi (ümumi kütləsi) bərk yanacaq 987 t). TTU-ya ilk 40 km qalxma, 40-dan 113 km-ə qədər mühərriklər hidrogen və oksigenlə işləyir.
15 may 1987-ci ildə "Energia"nın ilk buraxılışı, 15 noyabr 1988-ci ildə "Buran"ın ilk və yeganə uçuşu. Atəş çəkisi 2400 ton, yanacaq çəkisi (kerosin
yan bölmələr, maye O2 və H2) 2000 ton Mühərrikin gücü 125000 MVt, faydalı yük 105 ton.
Yanma həmişə idarə olunmur və uğurlu alınmırdı.
1936-cı ildə dünyanın ən böyük hidrogen dirijablı LZ-129 Hindenburg inşa edildi. Həcmi 200.000 m3, uzunluğu təqribən 250 m, diametri 41,2 m.1100 at gücündə 4 mühərrik sayəsində sürət 135 km/saat, faydalı yük 88 ton. Hava gəmisi Atlantik okeanı boyunca 37 uçuş etdi və 3 mindən çox sərnişin daşıdı.
6 may 1937-ci ildə ABŞ-da dayanarkən dirijabl partladı və yandı. Biri mümkün səbəblər- təxribat.
28 yanvar 1986-cı ildə, uçuşun 74-cü saniyəsində Challenger yeddi astronavtla birlikdə partladı - Shuttle sisteminin 25-ci uçuşu. Səbəb bərk yanacaq sürətləndiricisindəki nasazlıqdır.
Nümayiş:
partlayan qazın partlaması (hidrogen və oksigen qarışığı)
Yanacaq hüceyrələri
Texniki cəhətdən vacib variant Bu yanma reaksiyası prosesin ikiyə bölünməsidir:
hidrogenin elektrooksidləşməsi (anod): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O
oksigenin elektroreduksiyası (katod): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–
Belə “yanmanın” baş verdiyi sistemdir yanacaq hüceyrəsi. Effektivlik istilik elektrik stansiyalarından qat-qat yüksəkdir, çünki yoxdur
istilik istehsalının xüsusi mərhələsi. Maksimum səmərəlilik = ∆ G/∆ H; hidrogenin yanması üçün 94% olduğu ortaya çıxır.
Təsiri 1839-cu ildən bəri məlumdur, lakin ilk praktiki işləyən yanacaq hüceyrələri həyata keçirildi
20-ci əsrin sonunda kosmosda ("Əkizlər", "Apollon", "Shuttle" - ABŞ, "Buran" - SSRİ).
Yanacaq hüceyrələrinin perspektivləri [17]
Ballard Power Systems şirkətinin nümayəndəsi Vaşinqtonda keçirilən elmi konfransda çıxış edərək vurğuladı ki, yanacaq hüceyrəsi mühərriki dörd əsas meyara cavab verdikdə kommersiya baxımından əlverişli olacaq: istehsal olunan enerjinin dəyərini azaltmaq, davamlılığı artırmaq, quraşdırmanın ölçüsünü azaltmaq və soyuq havada tez başlama bacarığı.. Yanacaq elementinin quraşdırılması nəticəsində yaranan bir kilovat enerjinin dəyəri 30 dollara enməlidir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, 2004-cü ildə eyni rəqəm 103 dollar idisə, 2005-ci ildə onun 80 dollara çatacağı gözlənilir. Bu qiymətə nail olmaq üçün ildə ən azı 500 min mühərrik istehsal etmək lazımdır. Avropalı alimlər öz proqnozlarında daha ehtiyatlı davranırlar və yanacağın kommersiya məqsədli istifadəsinə inanırlar hidrogen elementləri avtomobil sənayesində 2020-ci ildən tez başlamayacaq.
