산소와 수소는 어떻게 될까요? 화학 유기. 유기 화합물의 수소화

주기율표에서 수소는 속성이 완전히 반대인 두 그룹의 원소에 위치합니다. 이 기능은 완전히 독특합니다. 수소는 단순한 원소나 물질이 아니라 많은 복합 화합물의 구성 요소인 유기적 및 생물적 요소입니다. 따라서 우리는 그 속성과 특성을 더 자세히 고려합니다.

금속과 산의 상호 작용 중 가연성 가스의 방출은 16세기 초, 즉 과학으로서의 화학이 형성되는 동안 관찰되었습니다. 유명한 영국 과학자 Henry Cavendish는 1766년부터 이 물질을 연구하여 "가연성 공기"라는 이름을 붙였습니다. 태울 때 이 가스는 물을 생성했습니다. 불행하게도 과학자는 플로지스톤(가상의 "초미세 물질") 이론을 고수했기 때문에 올바른 결론에 도달하지 못했습니다.

프랑스 화학자이자 자연주의자인 A. Lavoisier는 엔지니어 J. Meunier와 함께 특수 가스 계량기의 도움을 받아 1783 년에 물 합성을 수행 한 다음 뜨거운 철로 수증기를 분해하여 분석했습니다. 따라서 과학자들은 올바른 결론에 도달할 수 있었습니다. 그들은 "가연성 공기"가 물의 일부일 뿐만 아니라 물에서 얻을 수도 있음을 발견했습니다.

1787년에 Lavoisier는 연구된 기체가 단순한 물질이며 따라서 주요 화학 원소 중 하나라고 제안했습니다. 그는 그것을 수소라고 불렀습니다 (그리스어 hydor-물 + gennao-나는 낳습니다), 즉 "물을 낳다".

러시아 이름 "수소"는 화학자 M. Solovyov가 1824 년에 제안했습니다. 물의 성분 결정은 "플로지스톤 이론"의 종말을 의미했습니다. 18세기와 19세기 초에 수소 원자가 매우 가볍고(다른 원소의 원자에 비해) 수소 원자의 질량이 원자 질량을 비교하는 주요 단위로 사용되어 1과 같은 값을 얻는다는 것이 밝혀졌습니다.

물리적 특성

수소는 과학에 알려진 모든 물질 중에서 가장 가볍고(공기보다 14.4배 가벼움) 밀도는 0.0899g/l(1atm, 0°C)입니다. 이 물질은 각각 -259.1 ° C 및 -252.8 ° C에서 녹고(응고) 끓고(액화) 끓습니다(액화).

수소의 임계 온도는 매우 낮습니다(-240 °C). 이러한 이유로 액화는 다소 복잡하고 비용이 많이 드는 프로세스입니다. 물질의 임계 압력은 12.8kgf/cm²이고 임계 밀도는 0.0312g/cm³입니다. 모든 가스 중에서 수소는 열전도율이 가장 높습니다. 1 atm 및 0 ° C에서 0.174 W / (mxK)입니다.

동일한 조건에서 물질의 비열은 14.208 kJ / (kgxK) 또는 3.394 cal / (gh ° C)입니다. 이 원소는 물에 약간 용해되지만 (1 atm 및 20 ° C에서 약 0.0182 ml / g) 대부분의 금속 (Ni, Pt, Pa 및 기타), 특히 팔라듐 (Pd 부피당 약 850 부피) .

후자의 특성은 확산 능력과 관련이 있는 반면, 탄소 합금(예: 강철)을 통한 확산은 수소와 탄소의 상호 작용으로 인해 합금이 파괴될 수 있습니다(이 과정을 탈탄소화라고 함). 액체 상태에서 물질은 매우 가볍고 (t ° \u003d -253 ° C에서 밀도-0.0708 g / cm³) 유체 (동일한 조건에서 점도-13.8 섭씨)입니다.

많은 화합물에서 이 원소는 나트륨 및 기타 알칼리 금속과 유사하게 +1 원자가(산화 상태)를 나타냅니다. 일반적으로 이러한 금속의 유사체로 간주됩니다. 따라서 그는 Mendeleev 시스템의 I 그룹을 이끌고 있습니다. 금속 수소화물에서 수소 이온은 음전하(산화 상태는 -1)를 나타냅니다. 즉, Na + H-는 Na + Cl- 염화물과 유사한 구조를 가집니다. 이것과 몇 가지 다른 사실 (요소 "H"와 할로겐의 물리적 특성의 근접성, 유기 화합물에서 할로겐으로 대체하는 능력)에 따라 Hydrogene은 Mendeleev 시스템의 VII 그룹에 지정됩니다.

정상적인 조건에서 분자 수소는 활성이 낮으며 가장 활성이 높은 비금속(불소 및 염소, 후자는 빛에서)과만 직접 결합합니다. 차례로 가열되면 많은 화학 원소와 상호 작용합니다.

원자 수소는 화학적 활성이 증가합니다(분자 수소에 비해). 산소와 함께 다음 공식에 따라 물을 형성합니다.

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

285.937 kJ/mol의 열 또는 68.3174 kcal/mol(25°C, 1 atm)을 방출합니다. 정상적인 온도 조건에서 반응은 다소 느리게 진행되며 t ° >= 550 ° С에서는 제어되지 않습니다. 수소+산소 혼합체의 폭발한계는 4~94% H₂, 수소+공기 혼합체는 4~74% H₂(H₂ 2부피와 O₂ 1부피의 혼합물을 폭발성 가스라 함)이다.

이 원소는 산화물에서 산소를 취하기 때문에 대부분의 금속을 환원시키는 데 사용됩니다.

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O 등

할로겐이 다른 경우 수소는 할로겐화 수소를 형성합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

그러나 불소와 반응하면 수소가 폭발하고 (어둠 속에서도 -252 ° C에서 발생) 가열되거나 조명 될 때만 브롬 및 염소와 반응하고 가열 될 때만 요오드와 반응합니다. 질소와 상호 작용할 때 암모니아가 형성되지만 높은 압력과 온도에서 촉매에서만 형성됩니다.

ZN₂ + N₂ = 2NH₃.

가열되면 수소는 황과 활발하게 반응합니다.

H₂ + S = H₂S(황화수소),

그리고 훨씬 더 어렵습니다 - 텔루르 또는 셀레늄으로. 수소는 촉매 없이 순수한 탄소와 반응하지만 고온에서:

2H₂ + C(무정형) = CH₄(메탄).

이 물질은 일부 금속(알칼리, 알칼리 토류 및 기타)과 직접 반응하여 다음과 같은 수소화물을 형성합니다.

Н₂ + 2Li = 2LiH.

실질적으로 중요한 것은 수소와 일산화탄소(II)의 상호작용입니다. 이 경우 압력, 온도 및 촉매에 따라 HCHO, CH₃OH 등 다양한 유기 화합물이 형성됩니다. 불포화 탄화수소는 반응 중에 포화 탄화수소로 변합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

수소와 그 화합물은 화학에서 특별한 역할을 합니다. 그것은 소위 산성 특성을 결정합니다. 양성자성 산은 다른 원소와 수소 결합을 형성하는 경향이 있으며, 이는 많은 무기 및 유기 화합물의 특성에 상당한 영향을 미칩니다.

수소 얻기

이 요소의 산업 생산을 위한 주요 원료 유형은 정제 가스, 천연 가연성 가스 및 코크스 오븐 가스입니다. 또한 전기 분해를 통해 물에서 얻습니다(전기가 저렴한 곳에서). 천연 가스에서 재료를 생산하는 가장 중요한 방법 중 하나는 탄화수소(주로 메탄)와 수증기의 촉매 상호 작용(소위 변환)입니다. 예를 들어:

CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.

산소에 의한 탄화수소의 불완전 산화:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

합성된 일산화탄소(II)는 다음과 같이 변환됩니다.

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

천연가스에서 생산된 수소가 가장 저렴합니다.

물의 전기 분해에는 NaOH 또는 KOH 용액을 통과하는 직류가 사용됩니다 (장비 부식을 방지하기 위해 산은 사용되지 않음). 실험실 조건에서 재료는 물의 전기 분해 또는 염산과 아연의 반응 결과로 얻습니다. 그러나 기성품 공장 재료는 실린더에 더 자주 사용됩니다.

정제 가스 및 코크스 오븐 가스에서 이 원소는 가스 혼합물의 다른 모든 성분을 제거하여 격리됩니다. 깊은 냉각 중에 더 쉽게 액화되기 때문입니다.

이 재료는 18세기 말에 산업적으로 입수되기 시작했습니다. 그런 다음 풍선을 채우는 데 사용되었습니다. 현재 수소는 암모니아 생산을 위해 산업, 주로 화학 산업에서 널리 사용됩니다.

물질의 대량 소비자는 메틸 및 기타 알코올, 합성 가솔린 및 기타 여러 제품의 제조업체입니다. 일산화탄소(II)와 수소로부터 합성하여 얻습니다. 수소는 중질 및 고체 액체 연료, 지방 등의 수소화, HCl 합성, 석유 제품의 수소 처리, 금속 절단/용접에 사용됩니다. 원자력 에너지의 가장 중요한 요소는 동위 원소인 삼중수소와 중수소입니다.

수소의 생물학적 역할

살아있는 유기체 질량의 약 10%(평균)가 이 요소에 속합니다. 그것은 물의 일부이며 단백질, 핵산, 지질, 탄수화물을 포함한 천연 화합물의 가장 중요한 그룹입니다. 그것은 무엇을 제공합니까?

이 물질은 결정적인 역할을 합니다. 단백질(4차)의 공간 구조 유지, 핵산의 상보성 원칙 구현(즉, 유전 정보의 구현 및 저장), 일반적으로 분자에서의 "인식" 수준.

수소 이온 H+는 신체의 중요한 동적 반응/과정에 참여합니다. 포함: 살아있는 세포에 에너지를 제공하는 생물학적 산화, 생합성 반응, 식물의 광합성, 박테리아 광합성 및 질소 고정, 산-염기 균형 및 항상성 유지, 막 수송 과정. 탄소 및 산소와 함께 생명 현상의 기능적 및 구조적 기반을 형성합니다.

우리의 일상에는 너무나 흔해서 거의 모든 사람들이 알고 있는 것들이 있습니다. 예를 들어, 물은 액체이고 쉽게 접근할 수 있고 타지 않기 때문에 불을 끌 수 있다는 것은 누구나 알고 있습니다. 그러나 이것이 왜 그런지 궁금한 적이 있습니까?

이미지 출처: pixabay.com

물은 수소와 산소 원자로 구성되어 있습니다. 이 두 요소 모두 연소를 지원합니다. 따라서 일반적인 논리(과학적이지 않음)에 따라 물도 타야 한다는 결론이 나오겠죠? 그러나 이것은 일어나지 않습니다.

연소는 언제 발생합니까?

연소는 분자와 원자가 결합하여 열과 빛의 형태로 에너지를 방출하는 화학적 과정입니다. 무언가를 태우려면 두 가지가 필요합니다. 연소원으로서의 연료(예: 종이 한 장, 나무 조각 등)와 산화제(지구 대기에 포함된 산소가 주요 산화제임) . 또한 연소 과정을 시작하기 위해 물질의 점화 온도에 도달하는 데 필요한 열이 필요합니다.

이미지 출처 auclip.ru

예를 들어 성냥을 사용하여 종이를 태우는 과정을 생각해 보십시오. 이 경우 종이는 연료가 되고 공기 중에 포함된 기체 산소는 산화제로 작용하며 연소 성냥 덕분에 발화 온도에 도달하게 됩니다.

물의 화학 성분 구조

이미지 출처: water-service.com.ua

물은 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자로 구성되어 있습니다. 그것의 화학식은 H2O입니다. 이제 물의 두 가지 구성 요소가 실제로 인화성 물질이라는 점에 주목하는 것은 흥미로울 것입니다.

왜 수소는 가연성입니까?

수소 원자는 전자가 하나뿐이므로 다른 원소와 쉽게 결합합니다. 일반적으로 수소는 자연에서 가스 형태로 발생하며 분자는 두 개의 원자로 구성됩니다. 이 가스는 반응성이 높으며 산화제가 있으면 빠르게 산화되어 인화성이 높습니다.

이미지 출처: myshared.ru

수소가 연소될 때 많은 양의 에너지가 방출되기 때문에 액화 형태로 우주선을 우주로 발사하는 데 자주 사용됩니다.

산소는 연소를 지원합니다

앞서 언급했듯이 모든 연소에는 산화제가 필요합니다. 산소, 오존, 과산화수소, 불소 등 많은 화학적 산화제가 있습니다. 산소는 지구 대기에서 과도하게 발견되는 주요 산화제입니다. 일반적으로 대부분의 화재에서 주요 산화제입니다. 이것이 화재를 지속시키기 위해 지속적인 산소 공급이 필요한 이유입니다.

물은 불을 끈다

물은 여러 가지 이유로 불을 끌 수 있는데, 그 중 하나는 개별적으로 불타는 지옥을 만들 수 있는 두 가지 요소로 구성되어 있음에도 불구하고 불연성 액체라는 것입니다.

물은 화재를 진압하는 가장 일반적인 수단입니다. 이미지 출처: pixabay.com

앞서 말했듯이 수소는 가연성이 높기 때문에 산화제와 점화 온도만 있으면 반응을 시작할 수 있습니다. 산소는 지구상에서 가장 흔한 산화제이기 때문에 수소 원자와 빠르게 결합하여 많은 양의 빛과 열을 방출하고 물 분자를 형성합니다. 방법은 다음과 같습니다.

수소와 소량의 산소 또는 공기의 혼합물은 폭발성이 있으며 폭발성 가스라고 하며 폭발로 인식되는 큰 소리와 함께 매우 빠르게 연소됩니다. 1937년 뉴저지에서 발생한 힌덴부르크 비행선 참사는 비행선의 껍질을 가득 채운 수소의 발화로 수십 명의 목숨을 앗아갔다. 수소의 쉬운 가연성과 산소와 결합한 폭발성은 우리가 실험실에서 화학적으로 물을 얻지 못하는 주된 이유입니다.

수소 H는 우주에서 가장 흔한 원소(질량의 약 75%)이며, 지구에서는 9번째로 흔한 원소입니다. 가장 중요한 천연 수소 화합물은 물입니다.
수소는 주기율표에서 1위(Z = 1)입니다. 그것은 원자의 가장 단순한 구조를 가지고 있습니다. 원자의 핵은 1개의 전자로 구성된 전자 구름으로 둘러싸인 1개의 양성자입니다.
일부 조건에서 수소는 금속 특성(전자 제공)을 나타내고 다른 조건에서는 비금속(전자 허용)을 나타냅니다.
수소 동위원소는 자연에서 발견됩니다. 중성자).

단순 물질 수소

수소 분자는 비극성 공유 결합으로 연결된 두 개의 원자로 구성됩니다.
물리적 특성.수소는 무색, 무독성, 무취, 무미의 기체입니다. 수소 분자는 극성이 아닙니다. 따라서 기체 수소에서 분자간 상호 작용의 힘은 작습니다. 이것은 낮은 끓는점(-252.6 0С)과 녹는점(-259.2 0С)에서 나타납니다.
수소는 공기보다 가볍습니다. D(공기 중) = 0.069; 물에 약간 용해됨(2 부피의 H2가 100 부피의 H2O에 용해됨). 따라서 실험실에서 생산된 수소는 공기 치환 또는 물 치환 방법으로 포집할 수 있습니다.

수소 얻기

실험실에서:

1. 금속에 대한 묽은 산의 작용:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. 알칼리 및 알칼리 금속과 물의 상호 작용:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

3. 수소화물의 가수분해: 금속 수소화물은 해당 알칼리 및 수소의 형성과 함께 물에 의해 쉽게 분해됩니다.
NaH + H2O → NaOH + H2
CaH 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 2

4. 아연, 알루미늄 또는 규소에 대한 알칼리의 작용:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. 물 전기분해. 물의 전기 전도도를 높이기 위해 NaOH, H 2 SO 4 또는 Na 2 SO 4와 같은 전해질이 첨가됩니다. 음극에서는 2 부피의 수소가 형성되고 양극에서는 1 부피의 산소가 형성됩니다.
2H2O → 2H2 + O2

수소 산업 생산

1. 메탄을 증기로 전환, Ni 800 °C(가장 저렴함):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H2O → CO2 + H2

전체적으로:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. 1000 o C에서 뜨거운 코크스를 통한 수증기:
C + H2O → CO + H2
CO + H2O → CO2 + H2

생성된 일산화탄소(IV)는 물에 흡수되어 공업용 수소의 50%를 얻습니다.

3. 철 또는 니켈 촉매가 있는 상태에서 메탄을 350°C로 가열하여:
CH4 → C + 2H2

4. 부산물인 KCl 또는 NaCl 수용액의 전기분해:
2H2O + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH

수소의 화학적 성질

화합물에서 수소는 항상 1가입니다. 그것은 +1의 산화 상태를 갖지만 금속 수소화물에서는 -1입니다.
수소 분자는 두 개의 원자로 구성됩니다. 그들 사이의 결합의 출현은 일반화 된 전자 쌍 H : H 또는 H 2의 형성으로 설명됩니다
이러한 전자의 일반화로 인해 H 2 분자는 개별 원자보다 에너지적으로 더 안정적입니다. 1 몰의 수소에서 분자를 원자로 분해하려면 436 kJ의 에너지를 소비해야합니다 : H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
이것은 상온에서 분자 수소의 상대적으로 낮은 활성을 설명합니다.
많은 비금속에서 수소는 RN 4, RN 3, RN 2, RN과 같은 기체 화합물을 형성합니다.

1) 할로겐과 함께 할로겐화수소를 형성한다:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
동시에 불소와 함께 폭발하고, 조명을 받거나 가열할 때만 염소 및 브롬과 반응하고, 가열할 때만 요오드와 반응합니다.

2) 산소 사용:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
열 방출. 상온에서 반응은 폭발과 함께 550 ° C 이상에서 천천히 진행됩니다. H 2 2부피와 O 2 1부피의 혼합물을 폭발성 가스라고 합니다.

3) 가열되면 유황과 격렬하게 반응합니다(셀레늄 및 텔루르와 훨씬 더 어렵습니다).
H 2 + S → H 2 S(황화수소),

4) 고온 및 고압에서 촉매에서만 암모니아가 형성되는 질소:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) 고온에서 탄소로:
2H 2 + C → CH 4 (메탄)

6) 알칼리 및 알칼리 토금속과 수소화물을 형성합니다(수소는 산화제임).
H 2 + 2Li → 2LiH
금속 수소화물에서 수소 이온은 음전하(산화 상태 -1)입니다. 즉, 수소화물 Na + H -는 염화물 Na + Cl -처럼 만들어집니다.

복합 물질:

7) 금속 산화물 사용(금속 복원에 사용):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) 일산화탄소(II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
합성 - 가스(수소와 일산화탄소의 혼합물)는 온도, 압력 및 촉매에 따라 다양한 유기 화합물(예: HCHO, CH 3 OH 등)이 형성되기 때문에 실질적으로 매우 중요합니다.

9) 불포화 탄화수소는 수소와 반응하여 포화 상태로 변합니다.
CnH 2n + H 2 → CnH 2n+2.

§삼. 반응식 및 작성 방법

상호 작용 수소와 함께 산소, Henry Cavendish 경이 확립한 것처럼 물의 형성으로 이어집니다. 이 간단한 예제를 사용하여 작성하는 방법을 배워 봅시다. 화학 반응 방정식.
에서 오는 것 수소그리고 산소, 우리는 이미 다음을 알고 있습니다.

H 2 + O 2 → H 2 O

이제 우리는 화학 반응에서 화학 원소의 원자가 사라지지 않고 무에서 나타나지 않고 서로 바뀌지 않는다는 점을 고려합니다. 새로운 조합으로 결합새로운 분자를 형성합니다. 이것은 각 유형의 원자의 화학 반응 방정식에서 동일한 숫자가 있어야 함을 의미합니다. ~ 전에반응 ( 왼쪽등호에서) 및 ~ 후에반응의 끝 ( 오른쪽에등호에서), 다음과 같이:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

그게 다야 반응 방정식 - 물질 및 계수의 공식을 사용하여 진행 중인 화학 반응의 조건부 기록.

이것은 위의 반응에서 두 몰 수소로 반응해야 한다 1몰씩 산소, 결과는 두 몰 물.

상호 작용 수소와 함께 산소- 전혀 간단한 과정이 아닙니다. 이러한 요소의 산화 상태가 변경됩니다. 이러한 방정식에서 계수를 선택하려면 일반적으로 " 전자 저울".

물이 수소와 산소로 형성될 때 이것은 다음을 의미합니다. 수소그것의 산화 상태를 0 ~ 전에 +나, ㅏ 산소- 에서 0 ~ 전에 -II. 동시에 여러 (N)전자:

수소 공여 전자는 여기에서 사용됩니다. 환원제, 그리고 전자를 받아들이는 산소 - 산화제.

산화제 및 환원제

이제 전자를주고받는 과정이 개별적으로 어떻게 보이는지 봅시다. 수소, "강도"-산소를 만나 모든 속성-두 개의 전자를 잃고 산화 상태는 +나:

H20-2 이자형- = 2H + I

일어난 산화 반쪽 반응 방정식수소.

그리고 산적 산소 약 2불행한 수소에서 마지막 전자를 빼앗은 , 그의 새로운 산화 상태에 매우 만족 -II:

오 2 + 4 이자형- = 2O - II

이것 환원 반쪽 반응 방정식산소.

"산적"과 그의 "피해자"는 모두 화학적 정체성을 잃어 버렸고 단순한 물질 - 이원자 분자가있는 가스 H2그리고 약 2새로운 화학 물질의 구성 요소로 바뀌었습니다. 물 H2O.

또한 우리는 다음과 같이 논쟁 할 것입니다. 환원제가 산화 산적에게 얼마나 많은 전자를 주었는지, 그것이 그가받은 양입니다. 환원제가 주는 전자의 수는 산화제가 받아들이는 전자의 수와 같아야 한다..

그래서 당신은 필요 전자의 수를 같게 하다전반부와 후반부의 반응. 화학에서는 반쪽 반응 방정식을 작성하는 다음과 같은 조건부 형식이 허용됩니다.

	2시간 20 - 2 이자형- = 2H + I
	1 오 2 0 + 4 이자형- = 2O - II

여기서 중괄호 왼쪽의 숫자 2와 1은 주고받는 전자의 수가 동일하도록 도와주는 요소입니다. 우리는 반쪽 반응 방정식에서 2개의 전자가 주어지고 4개의 전자가 받아들여지는 것을 고려합니다. 받은 전자와 주어진 전자의 수를 같게 하기 위해 최소 공배수 및 추가 요소를 찾습니다. 우리의 경우 최소 공배수는 4입니다. 추가 요인은 수소의 경우 2(4:2 = 2), 산소의 경우 - 1(4:4 = 1)입니다.
결과 승수는 미래 반응 방정식의 계수로 사용됩니다.

2H 2 0 + O 2 0 \u003d 2H 2 + I O -II

수소 산화만날 때 뿐만 아니라 산소. 수소와 거의 동일한 효과 플루오르 F2, 할로겐 및 유명한 "강도", 겉보기에 무해한 질소 엔 2:

H 2 0 + F 2 0 = 2H + IF −I

3H 2 0 + N 2 0 \u003d 2N -III H 3 + I

이로 인해 불화수소 HF또는 암모니아 NH3.

두 화합물 모두에서 산화 상태 수소동등해진다 +나, 그는 전기 음성도가 높은 다른 사람의 전자 제품에 대해 "욕심 많은"분자에서 파트너를 얻었기 때문에- 플루오르 에프그리고 질소 N. ~에 질소전기 음성도의 값은 3개의 기존 단위와 동일한 것으로 간주되며 y 플루오르일반적으로 모든 화학 원소 중 가장 높은 전기 음성도는 4 단위입니다. 그래서 그들이 어떤 전자적 환경도 없이 빈약한 수소 원자를 남겨두는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

하지만 수소아마도 복원하다- 전자를 받아들입니다. 전기 음성도가 수소보다 작은 알칼리 금속이나 칼슘이 반응에 참여하면 이런 일이 발생합니다.

10.1 수소

"수소"라는 이름은 화학 원소와 단순한 물질을 모두 의미합니다. 요소 수소수소 원자로 구성되어 있습니다. 단체 수소수소 분자로 구성되어 있습니다.

가) 화학 원소 수소

원소의 자연 계열에서 수소의 일련 번호는 1입니다. 원소 체계에서 수소는 IA 또는 VIIA 그룹의 첫 번째 기간에 있습니다.

수소는 지구상에서 가장 풍부한 원소 중 하나입니다. 지구의 대기, 수권 및 암석권(집합적으로 이것을 지각이라고 함)의 수소 원자의 몰 분율은 0.17입니다. 그것은 물, 많은 광물, 기름, 천연 가스, 식물 및 동물에서 발견됩니다. 평균 인체에는 약 7kg의 수소가 포함되어 있습니다.

수소의 세 가지 동위 원소가 있습니다.
a) 경수소 - 프로튬,
b) 중수소 - 중수소(디)
c) 초중수소 - 삼중 수소(티).

삼중수소는 불안정한(방사성) 동위원소이므로 자연계에서는 거의 발생하지 않습니다. 중수소는 안정적이지만 매우 적습니다. 승 D = 0.015%(모든 지상 수소 질량의). 따라서 수소의 원자량은 1 Dn(1.00794 Dn)과 거의 차이가 없습니다.

b) 수소 원자

화학 과정의 이전 섹션에서 수소 원자의 다음 특성을 이미 알고 있습니다.

수소 원자의 원자가 능력은 단일 원자가 오비탈에 하나의 전자가 존재하는지에 의해 결정됩니다. 이온화 에너지가 크면 수소 원자가 전자를 주는 경향이 없고, 전자 친화력이 너무 높지 않으면 전자를 받아들이는 경향이 약간 있습니다. 결과적으로 화학 시스템에서 H 양이온의 형성이 불가능하고 H 음이온을 가진 화합물은 그다지 안정적이지 않습니다. 따라서 하나의 짝을 이루지 않은 전자로 인해 다른 원자와 공유 결합을 형성하는 것이 수소 원자의 가장 큰 특징입니다. 음이온을 형성하는 경우와 공유 결합을 형성하는 경우 모두 수소 원자는 1가입니다.
단순 물질에서 수소 원자의 산화 상태는 0이고, 대부분의 화합물에서 수소는 +I의 산화 상태를 나타내며, 수소에서 전기 음성도가 가장 낮은 원소의 수소화물에서만 -I의 산화 상태를 나타냅니다.
수소 원자의 원자가 능력에 대한 정보는 표 28에 나와 있습니다. 임의의 원자와 하나의 공유 결합으로 연결된 수소 원자의 원자가 상태는 기호 "H-"로 표에 표시됩니다.

표 28수소 원자의 원자가 가능성

원자가 상태		화학 물질의 예
	나 0 -나	HCl, H2O, H2S, NH3, CH4, C2H6, NH4Cl, H2SO4, NaHCO3, KOH H2 B2H6, SiH4, GeH4
		NaH, KH, CaH2, BaH2

c) 수소 분자

이원자 수소 분자 H2는 수소 원자가 가능한 유일한 공유 결합에 의해 결합될 때 형성됩니다. 의사 소통은 교환 메커니즘에 의해 형성됩니다. 전자 구름이 중첩되는 방식에 따라 이것은 s-결합입니다(그림 10.1 ㅏ). 원자가 같기 때문에 결합은 비극성입니다.

수소 분자에서 원자간 거리(보다 정확하게는 원자가 진동하기 때문에 평형 원자간 거리) 아르 자형(H-H) = 0.74A(그림 10.1 V), 이는 궤도 반경의 합(1.06A)보다 훨씬 작습니다. 결과적으로 결합 원자의 전자 구름은 깊이 중첩됩니다(그림 10.1 비), 수소 분자의 결합이 강합니다. 이것은 결합 에너지(454 kJ/mol)의 다소 큰 값으로도 입증됩니다.
경계면(전자 구름의 경계면과 유사)으로 분자의 모양을 특성화하면 수소 분자가 약간 변형된(길쭉한) 공 모양을 갖는다고 말할 수 있습니다(그림 10.1). G).

d) 수소(물질)

정상적인 조건에서 수소는 무색, 무취의 기체입니다. 소량에서는 독성이 없습니다. 고체 수소는 14K(–259°C)에서 녹고 액체 수소는 20K(–253°C)에서 끓습니다. 낮은 녹는점과 끓는점, 액체 수소의 존재에 대한 매우 작은 온도 간격(단지 6 °C), 작은 용융 열(0.117 kJ/mol) 및 기화(0.903 kJ/mol)는 분자간 결합을 나타냅니다. 수소는 매우 약합니다.
수소 밀도 r (H 2) \u003d (2g / mol) : (22.4l / mol) \u003d 0.0893g / l. 비교를 위해 평균 공기 밀도는 1.29g/l입니다. 즉, 수소는 공기보다 14.5배 더 가볍습니다. 실질적으로 물에 녹지 않습니다.
실온에서 수소는 불활성이지만 가열하면 많은 물질과 반응합니다. 이 반응에서 수소 원자는 산화 상태를 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다: H 2 + 2 이자형- \u003d 2H -I, H 2 - 2 이자형- \u003d 2H + I.
첫 번째 경우 수소는 예를 들어 나트륨 또는 칼슘과의 반응에서 산화제입니다. 2Na + H 2 = 2NaH, ( 티) Ca + H 2 = CaH 2 . ( 티)
그러나 환원 특성은 수소의 특징입니다. O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O, ( 티)
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. ( 티)
가열하면 수소는 산소뿐만 아니라 불소, 염소, 황, 심지어 질소와 같은 다른 비금속에 의해서도 산화됩니다.
실험실에서는 반응에 의해 수소가 생성됩니다.

Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2.

아연 대신 철, 알루미늄 및 기타 금속을 사용할 수 있으며 황산 대신 다른 희석산을 사용할 수 있습니다. 생성된 수소는 물 치환 방법으로 시험관에 수집됩니다(그림 10.2 참조). 비) 또는 단순히 거꾸로 된 플라스크에 넣습니다(그림 10.2 ㅏ).

산업계에서는 니켈 촉매가 있는 상태에서 800°C에서 수증기와 상호 작용하여 천연 가스(주로 메탄)에서 대량의 수소를 얻습니다.

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 ( 티, 니)

또는 수증기 석탄으로 고온에서 처리:

2H 2 O + C \u003d 2H 2 + CO 2. ( 티)

순수한 수소는 물을 전류로 분해하여 얻습니다(전기분해).

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (전기 분해).

e) 수소 화합물

수소화물(수소를 포함하는 이원 화합물)은 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다.
a) 휘발성 (분자) 수소화물,
b) 염류(이온성) 수소화물.
원소 IVA - VIIA 그룹 및 붕소는 분자 수소화물을 형성합니다. 이들 중 비금속을 형성하는 원소의 수소화물만이 안정적입니다.

B2H6;CH4; NH3; H2O; HF
SiH4;PH3; H2S; 염산
AsH3; H2Se; HBr
H2Te; 안녕
물을 제외하고 이러한 모든 화합물은 상온에서 기체 물질이므로 "휘발성 수소화물"이라는 이름이 붙습니다.
비금속을 형성하는 일부 원소는 더 복잡한 수소화물에도 포함됩니다. 예를 들어, 탄소는 일반식 C를 갖는 화합물을 형성합니다. N H2 N+2 , 씨 N H2 N, 씨 N H2 N-2 및 기타, 여기서 N매우 클 수 있습니다 (유기 화학은 이러한 화합물을 연구합니다).
이온성 수소화물은 알칼리, 알칼리 토류 및 수소화마그네슘을 포함한다. 이러한 수소화물의 결정은 가장 높은 산화 상태인 Me 또는 Me 2(원소 시스템의 그룹에 따라 다름)의 H 음이온 및 금속 양이온으로 구성됩니다.

리히
NaH	MgH2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CSH	BaH2

이온 수소화물과 거의 모든 분자 수소화물(H 2 O 및 HF 제외)은 둘 다 환원제이지만 이온 수소화물은 분자 수소화물보다 훨씬 더 강한 환원 특성을 나타냅니다.
수소화물 외에도 수소는 수산화물과 일부 염의 일부입니다. 다음 장에서 이러한 더 복잡한 수소 화합물의 특성에 대해 알게 될 것입니다.
산업에서 생산되는 수소의 주요 소비자는 암모니아와 질소 비료를 생산하는 공장이며, 여기서 암모니아는 질소와 수소로부터 직접 얻습니다.

N 2 + 3H 2 2NH 3 ( 아르 자형, 티, Pt는 촉매임).

수소는 반응 2H 2 + CO = CH 3 OH( 티, ZnO - 촉매), 염소와 수소로부터 직접 얻어지는 염화수소 생산:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl.

때때로 수소는 예를 들어 Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O와 같이 순수 금속 생산에서 환원제로 야금에서 사용됩니다.

1. a) protium, b) deuterium, c) tritium의 핵은 어떤 입자로 구성되어 있습니까?
2. 수소 원자의 이온화 에너지를 다른 원소 원자의 이온화 에너지와 비교하십시오. 이 특성에서 수소에 가장 가까운 원소는?
3. 전자 친화력 에너지에 대해 동일한 작업을 수행합니다.
4. 다음 화합물에서 공유 결합의 분극화 방향과 수소의 산화 정도를 비교하십시오. a) BeH 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, HF; b) CH4, SiH4, GeH4.
5. 수소의 가장 단순하고 분자적이며 구조적이고 공간적인 공식을 쓰십시오. 가장 일반적으로 사용되는 것은 무엇입니까?
6. 그들은 종종 "수소는 공기보다 가볍다"고 말합니다. 이것은 무엇을 의미합니까? 어떤 경우에 이 표현을 문자 그대로 받아들일 수 있고 어떤 경우에 그렇지 않습니까?
7. 수소화칼륨과 칼슘, 암모니아, 황화수소, 브롬화수소의 구조식을 만드시오.
8. 몰 융해열과 수소 기화열을 알고 해당 특정 양의 값을 결정하십시오.
9. 수소의 기본 화학적 특성을 설명하는 네 가지 반응 각각에 대해 전자 저울을 만드십시오. 산화제와 환원제를 나열하십시오.
10. 실험실 방식으로 4.48리터의 수소를 얻는 데 필요한 아연의 질량을 구하십시오.
11. 메탄과 수증기의 혼합물 30m3에서 1:2의 부피비로 80%의 수율로 얻을 수 있는 수소의 질량과 부피를 결정합니다.
12. 수소 a)와 불소, b) 황과의 상호 작용 중에 발생하는 반응 방정식을 구성하십시오.
13. 아래의 반응식은 이온 수소화물의 기본 화학적 특성을 설명합니다.

a) MH + O 2 MOH( 티); b) MH + Cl 2 MCl + HCl ( 티);
c) MH + H2O MOH + H2; d) MH + HCl(p) MCl + H2
여기서 M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 또는 세슘입니다. M이 나트륨인 경우 해당 반응의 방정식을 구성하십시오. 반응식을 사용하여 수소화칼슘의 화학적 특성을 설명합니다.
14. 전자 균형 방법을 사용하여 일부 분자 수소화물의 환원 특성을 설명하는 다음 반응에 대한 방정식을 작성하십시오.
a) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( 티); b) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( 티); c) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( 티).

10.2 산소

수소의 경우와 마찬가지로 "산소"라는 단어는 화학 원소와 단순 물질의 이름입니다. 단순 물질 제외" 산소"(dioxygen) 화학 원소 산소는 "라는 또 다른 단순한 물질을 형성합니다. 오존"(삼산소). 이들은 산소의 동소체 변형입니다. 물질 산소는 산소 분자 O 2 로 구성되고 물질 오존은 오존 분자 O 3 로 구성됩니다.

a) 화학 원소 산소

자연 계열의 원소에서 산소의 일련 번호는 8입니다. 원소 체계에서 산소는 VIA 그룹의 두 번째 기간에 있습니다.
산소는 지구상에서 가장 풍부한 원소입니다. 지구의 지각에서 모든 두 번째 원자는 산소 원자입니다. 즉, 지구의 대기, 수권 및 암석권의 산소 몰 분율은 약 50%입니다. 산소(물질)는 공기의 필수적인 부분입니다. 공기 중 산소의 부피 분율은 21%입니다. 산소(원소)는 물, 많은 광물, 식물과 동물의 일부입니다. 인체에는 평균 43kg의 산소가 포함되어 있습니다.
천연산소는 3개의 동위원소(16O, 17O, 18O)로 구성되어 있는데 그 중 가장 가벼운 동위원소인 16O가 가장 흔하여 산소의 원자량은 16 Dn(15.9994 Dn)에 가깝다.

b) 산소 원자

다음과 같은 산소 원자의 특성을 알고 있습니다.

표 29산소 원자의 원자가 가능성

원자가 상태		화학 물질의 예
		Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *

	-II -나 0 +나 + II	H2O, SO2, SO3, CO2, SiO2, H2SO4, HNO2, HClO4, COCl2, H2O2 O2** 오 2에프 2 OF 2
		NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 Na2O2, K2O2, CaO2, BaO2
		Li2O, Na2O, MgO, CaO, BaO, FeO, La2O3

* 이러한 산화물은 이온 화합물로 간주될 수도 있습니다.
** 분자의 산소 원자는 주어진 원자가 상태에 있지 않습니다. 이것은 산소 원자의 산화 상태가 0인 물질의 예일 뿐입니다.
(수소와 같은) 높은 이온화 에너지는 산소 원자로부터 단순 양이온의 형성을 배제합니다. 전자 친화 에너지는 상당히 높으며(수소보다 거의 두 배 높음) 산소 원자가 전자를 부착하는 경향이 더 크고 O 2A 음이온을 형성하는 능력을 제공합니다. 그러나 산소 원자의 전자 친화 에너지는 여전히 할로겐 원자 및 VIA 그룹의 다른 원소보다 작습니다. 따라서 산소 음이온( 산화물 이온)는 원자가 전자를 매우 쉽게 주는 원소와 산소의 화합물에만 존재합니다.
두 개의 짝을 이루지 않은 전자를 공유함으로써 산소 원자는 두 개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 들뜸이 불가능하기 때문에 두 개의 비공유 전자쌍은 도너-억셉터 상호작용에만 들어갈 수 있습니다. 따라서, 결합 및 혼성화의 다중성을 고려하지 않고, 산소 원자는 5개의 원자가 상태 중 하나에 있을 수 있다(표 29).
산소 원자의 가장 특징적인 원자가 상태는 다음과 같습니다. 여 k \u003d 2, 즉 두 개의 짝을 이루지 않은 전자로 인해 두 개의 공유 결합이 형성됩니다.
산소 원자의 매우 높은 전기음성도(불소만 더 높음)는 대부분의 화합물에서 산소가 -II의 산화 상태를 갖는다는 사실로 이어집니다. 산소가 산화 상태의 다른 값을 나타내는 물질이 있으며, 그 중 일부는 예로서 표 29에 주어지고 비교 안정성은 그림 2에 나와 있습니다. 10.3.

c) 산소 분자

이원자 산소 분자 O 2가 2개의 짝을 이루지 않은 전자를 포함한다는 것이 실험적으로 확립되었습니다. 원자가 결합의 방법을 사용하면 이 분자의 이러한 전자 구조를 설명할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 산소 분자의 결합은 특성상 공유 결합에 가깝습니다. 산소 분자는 비극성입니다. 원자간 거리( 아르 자형 o–o = 1.21 A = 121 nm)는 단일 결합으로 연결된 원자 사이의 거리보다 작습니다. 몰 결합 에너지는 다소 높으며 498kJ/mol에 이릅니다.

d) 산소(물질)

정상적인 조건에서 산소는 무색, 무취의 기체입니다. 고체 산소는 55K(–218°C)에서 녹고 액체 산소는 90K(–183°C)에서 끓습니다.
고체 및 액체 산소의 분자간 결합은 액체 산소(36 ° C)의 존재에 대한 더 큰 온도 간격과 용융(0.446 kJ/mol) 및 기화(6.83 kJ/몰).
산소는 물에 약간 용해됩니다. 0 ° C에서 5 부피의 산소 (가스!) 만 100 부피의 물 (액체!)에 용해됩니다.
전자와 높은 전기 음성도를 부착하는 산소 원자의 높은 성향은 산소가 산화 특성만을 나타낸다는 사실로 이어집니다. 이러한 특성은 특히 고온에서 두드러집니다.
산소는 많은 금속과 반응합니다 : 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( 티);
비금속 : C + O 2 \u003d CO 2, P 4 + 5O 2 \u003d P 4 O 10,
및 복합 물질 : CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2.

대부분 이러한 반응의 결과로 다양한 산화물이 얻어지지만(Ch. II § 5 참조) 나트륨과 같은 활성 알칼리 금속은 연소될 때 과산화물로 변합니다.

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2.

생성된 과산화나트륨(Na)2(O-O)의 구조식.
산소에 넣은 연기가 나는 파편이 타오릅니다. 이것은 순수한 산소를 감지하는 편리하고 쉬운 방법입니다.
산업계에서는 정류(복합 증류)를 통해 공기로부터 산소를 얻고, 실험실에서는 일부 산소 함유 화합물을 열분해하여 얻습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (200 ° C);
2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2 (150 ° C, MnO 2 -촉매);
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + 3O 2 (400 ° C)
또한 실온에서 과산화수소의 촉매 분해에 의해: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 -촉매).
순수한 산소는 산화가 일어나는 과정을 강화하고 고온의 화염을 생성하기 위해 산업계에서 사용됩니다. 로켓 기술에서 액체 산소는 산화제로 사용됩니다.
산소는 식물, 동물 및 인간의 생명을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 정상적인 조건에서 사람은 공기를 들이마시기 위해 충분한 산소가 필요합니다. 그러나 공기가 충분하지 않거나 전혀 사용할 수 없는 조건(비행기, 잠수 작업 중, 우주선 등)에서는 산소가 포함된 특수 가스 혼합물이 호흡을 위해 준비됩니다. 산소는 호흡 곤란을 유발하는 질병의 약으로도 사용됩니다.

e) 오존과 그 분자

오존 O 3는 산소의 두 번째 동소체 변형입니다.
삼원자 오존 분자는 다음 공식으로 표시되는 두 구조 사이의 중간에 코너 구조를 가지고 있습니다.

오존은 자극적인 냄새가 나는 진한 파란색 가스입니다. 강력한 산화 작용으로 인해 독성이 있습니다. 오존은 산소보다 1.5배 "무겁고" 산소보다 다소 무겁고 물에 용해됩니다.
오존은 번개 전기 방전 동안 산소로부터 대기 중에 형성됩니다.

3O 2 \u003d 2O 3 ().

상온에서 오존은 천천히 산소로 변하고 가열되면 폭발로 진행됩니다.
오존은 지구 대기의 소위 "오존층"에 포함되어 있어 태양 복사의 유해한 영향으로부터 지구상의 모든 생명체를 보호합니다.
일부 도시에서는 염소 대신 오존을 사용하여 식수를 소독(오염 제거)합니다.

다음 물질의 구조식을 그려라: OF 2 , H 2 O, H 2 O 2 , H 3 PO 4 , (H 3 O) 2 SO 4 , BaO, BaO 2 , Ba(OH) 2 . 이 물질의 이름을 지정하십시오. 이 화합물에서 산소 원자의 원자가 상태를 설명하십시오.
각 산소 원자의 원자가와 산화 상태를 결정하십시오.
2. 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 적린, 셀레늄의 산소 연소 반응식을 작성하시오. ). 이 반응의 생성물은 어떤 종류의 산화물에 속합니까?
3. 정상적인 조건에서 a) 9리터의 산소, b) 8g의 산소로부터 몇 리터의 오존을 얻을 수 있습니까?

물은 지각에서 가장 풍부한 물질입니다. 지구의 물의 질량은 10 18 톤으로 추정됩니다. 물은 우리 행성의 수권의 기초이며 또한 대기에 포함되어 있으며 얼음 형태로 지구의 극지방과 고산 빙하를 형성하며 다양한 암석의 일부이기도합니다. 인체의 물의 질량 분율은 약 70%입니다.
물은 세 가지 응집 상태 모두에서 고유한 이름을 가진 유일한 물질입니다.

물 분자의 전자 구조(그림 10.4 ㅏ) 이전에 자세히 연구했습니다(§ 7.10 참조).
O-H 결합의 극성과 각진 형태로 인해 물 분자는 전기 쌍극자.

전기 쌍극자의 극성을 특성화하기 위해 " 전기 쌍극자의 전기 모멘트또는 단순히 " 쌍극자 모멘트".

화학에서 쌍극자 모멘트는 debyes로 측정됩니다: 1 D = 3.34. 섭씨 10~30도 중

물 분자에는 두 개의 극성 공유 결합, 즉 두 개의 전기 쌍극자가 있으며 각각 고유한 쌍극자 모멘트(and)가 있습니다. 분자의 총 쌍극자 모멘트는 이 두 모멘트의 벡터 합과 같습니다(그림 10.5).

(H2O) = ,

어디 큐 1과 큐 2 - 수소 원자에 대한 부분 전하(+) 및 - 분자 내 원자간 거리 O - H. 왜냐하면 큐 1 = 큐 2 = 큐, 다음

실험적으로 결정된 물 분자와 일부 다른 분자의 쌍극자 모멘트가 표에 나와 있습니다.

표 30일부 극성 분자의 쌍극자 모멘트

분자	분자	분자

물 분자의 쌍극자 특성을 고려할 때 종종 다음과 같이 개략적으로 묘사됩니다.
순수한 물은 맛이나 냄새가 없는 무색의 액체입니다. 물의 몇 가지 기본적인 물리적 특성이 표에 나와 있습니다.

표 31물의 몇 가지 물리적 특성

용융 및 기화의 큰 몰열(수소 및 산소보다 훨씬 큰 크기)은 고체 및 액체 물질 모두에서 물 분자가 서로 강하게 결합되어 있음을 나타냅니다. 이러한 연결을 수소 결합".

전기 쌍극자, 쌍극자 모멘트, 통신 극성, 분자 극성.
물 분자의 결합 형성에 참여하는 산소 원자의 원자가 전자는 몇 개입니까?
2. 물 분자에서 수소와 산소 사이에 어떤 오비탈이 겹칠 때 결합이 형성됩니까?
3. 과산화수소 H 2 O 2 분자의 결합 형성 다이어그램을 만드십시오. 이 분자의 공간 구조에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?
4. HF, HCl 및 HBr 분자의 원자간 거리는 각각 0.92입니다. 1.28 및 1.41. 쌍극자 모멘트 표를 사용하여 이 분자의 수소 원자에 대한 부분 전하를 계산하고 비교하십시오.
5. 황화수소 분자의 원자 간 거리 S - H는 1.34이고 결합 사이의 각도는 92 °입니다. 황과 수소 원자의 부분 전하 값을 결정하십시오. 황 원자의 원자가 오비탈의 혼성화에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?

10.4. 수소 결합

이미 알고 있듯이 수소와 산소의 전기 음성도(2.10과 3.50)의 상당한 차이로 인해 물 분자의 수소 원자는 큰 양의 부분 전하를 얻습니다( 큐시간 = 0.33 이자형), 산소 원자는 훨씬 더 큰 음의 부분 전하를 가집니다( 큐시간 = -0.66 이자형). 또한 산소 원자는 당 2개의 비공유 전자쌍을 가지고 있음을 상기하십시오. sp 3-하이브리드 AO. 한 물 분자의 수소 원자는 다른 분자의 산소 원자에 끌리고, 추가로 수소 원자의 반쯤 비어 있는 1s-AO는 부분적으로 산소 원자로부터 한 쌍의 전자를 받아들입니다. 분자 간의 이러한 상호 작용의 결과로 수소 결합이라는 특수한 유형의 분자간 결합이 발생합니다.
물의 경우 수소결합 형성은 다음과 같이 개략적으로 나타낼 수 있다.

마지막 구조식에서 점 세 개(전자가 아닌 점선!)은 수소 결합을 나타냅니다.

수소 결합은 물 분자 사이에만 존재하는 것이 아닙니다. 두 가지 조건이 충족되면 형성됩니다.
1) 분자 내에 강한 극성의 H-E 결합이 있다(E는 전기음성도가 충분한 원소의 원자 기호이다).
2) 분자에는 큰 음의 부분 전하와 비공유 전자쌍을 가진 원자 E가 있습니다.
원소 E는 불소, 산소 및 질소일 수 있습니다. E가 염소나 황이면 수소결합이 훨씬 약해진다.
분자 사이에 수소 결합이 있는 물질의 예: 불화수소, 고체 또는 액체 암모니아, 에틸 알코올 등.

액체 불화수소에서 그 분자는 수소 결합에 의해 다소 긴 사슬로 연결되어 있는 반면, 액체 및 고체 암모니아에서는 3차원 네트워크가 형성됩니다.
강도 측면에서 수소 결합은 화학 결합과 다른 유형의 분자간 결합 사이의 중간입니다. 수소 결합의 몰 에너지는 일반적으로 5~50kJ/mol 범위에 있습니다.
고체 물(즉, 얼음 결정)에서 모든 수소 원자는 산소 원자에 수소 결합되어 있으며 각 산소 원자는 두 개의 수소 결합을 형성합니다(양쪽 고독 전자쌍 사용). 이러한 구조는 일부 수소 결합이 끊어지고 분자가 다소 더 조밀하게 "포장"할 수 있는 액체 물에 비해 얼음을 더 "느슨하게" 만듭니다. 얼음 구조의 이러한 특징은 대부분의 다른 물질과 달리 고체 상태의 물이 액체 상태보다 밀도가 낮은 이유를 설명합니다. 물은 4 ° C에서 최대 밀도에 도달합니다. 이 온도에서는 상당히 많은 수소 결합이 끊어지고 열팽창은 아직 밀도에 큰 영향을 미치지 않습니다.
수소 결합은 우리 삶에서 매우 중요합니다. 수소 결합이 더 이상 형성되지 않는다고 잠시 상상해 보십시오. 다음은 몇 가지 결과입니다.

상온의 물은 끓는점이 약 -80°C로 떨어지기 때문에 기체가 됩니다.
얼음의 밀도가 액체 상태의 물의 밀도보다 크기 때문에 모든 저수지는 바닥부터 얼기 시작합니다.
DNA 이중 나선은 더 이상 존재하지 않을 것입니다.

주어진 예는 이 경우 우리 행성의 자연이 완전히 다를 것이라는 것을 이해하기에 충분합니다.

수소 결합, 형성 조건.
에틸 알코올의 공식은 CH 3 -CH 2 -O-H입니다. 이 물질의 다른 분자의 어떤 원자 사이에 수소 결합이 형성됩니까? 그들의 형성을 설명하는 구조식을 만드십시오.
2. 수소 결합은 개별 물질뿐만 아니라 용액에도 존재합니다. a) 암모니아, b) 불화수소, c) 에탄올(에틸 알코올)의 수용액에서 수소 결합이 어떻게 형성되는지 구조식을 사용하여 보여줍니다. \u003d 2H 2 O.
이 두 반응은 모두 물에서 일정하고 동일한 속도로 진행되므로 물에서 평형이 있습니다 : 2H 2 O AN 3 O + OH.
이 잔액을 자가 단백질 분해 평형물.

이 가역 과정의 직접 반응은 흡열 반응이므로 가열하면자가 프로토 분해가 증가하는 반면 실온에서는 평형이 왼쪽으로 이동합니다. 즉, H 3 O 및 OH 이온의 농도는 무시할 수 있습니다. 그것들은 무엇과 같습니까?
대중행동의 법칙에 따르면

그러나 반응하는 물 분자의 수가 총 물 분자 수에 비해 미미하기 때문에 자가 단백질 분해 동안 물 농도는 실질적으로 변하지 않는다고 가정할 수 있으며 2 = const 순수한 물에서 반대 전하를 띤 이온의 낮은 농도는 이 액체가 약하지만 여전히 전류를 전도하는 이유를 설명합니다.

물의 자가 단백질 분해, 물의 자가 단백질 분해 상수(이온 제품).
액체 암모니아(비등점 -33 ° C)의 이온 생성물은 2 · 10 -28입니다. 암모니아의 autoprotolysis에 대한 방정식을 작성하십시오. 순수한 액체 암모니아에서 암모늄 이온의 농도를 결정하십시오. 물 또는 액체 암모니아 중 어느 물질의 전기 전도도가 더 큽니까?

1. 수소 얻기 및 연소(환원 특성).
2. 산소를 얻고 그 안에 있는 물질의 연소(산화 특성).