산소는 지구상에서 가장 풍부한 원소입니다. 질소 및 소량의 다른 가스와 함께 자유 산소는 지구의 대기를 형성합니다. 공기 중 함량은 20.95% 또는 23.15%입니다. 지각에서 원자의 58%는 결합된 산소 원자(질량의 47%)입니다. 산소는 물(수권에 결합된 산소 매장량이 매우 많음), 암석, 많은 미네랄 및 소금의 일부이며 살아있는 유기체를 구성하는 지방, 단백질 및 탄수화물에서 발견됩니다. 지구상의 거의 모든 자유 산소는 광합성 과정의 결과로 생성되고 저장됩니다.

물리적 특성.

산소는 무색, 무미, 무취의 기체로 공기보다 약간 무겁습니다. 물에 약간 용해되지만(20도에서 물 1리터에 산소 31ml가 용해됨) 여전히 다른 대기 가스보다 낫기 때문에 물은 산소가 풍부합니다. 정상적인 조건에서 산소의 밀도는 1.429g/l입니다. -183 0 C의 온도와 101.325 kPa의 압력에서 산소는 액체 상태가 됩니다. 액체산소는 푸르스름한 색을 띠고 자기장 속으로 빨려들어가 -218.7℃에서 푸른색 결정을 형성한다.

천연 산소에는 세 가지 동위 원소 O 16, O 17, O 18이 있습니다.

동소체- 능력 화학 원소분자의 원자 수나 구조만 다른 두 개 이상의 단순 물질 형태로 존재합니다.

오존 O 3 - 존재 상층지구 표면에서 20-25km 고도의 대기이며 소위 " 오존층”, 태양의 파괴적인 자외선으로부터 지구를 보호합니다. 특정하고 자극적이지만 유쾌한 냄새가 나는 옅은 보라색의 유독 가스. 녹는점은 -192.7 0 C, 끓는점은 -111.9 0 C입니다. 산소보다 물에 더 잘 녹자.

오존은 강력한 산화제입니다. 그것의 산화 활동은 원자 산소의 방출로 분해되는 분자의 능력에 기초합니다.

그것은 많은 단순하고 복잡한 물질을 산화시킵니다. 예를 들어, 오존화물 칼륨과 같은 일부 금속과 함께 오존화물을 형성합니다.

K + O 3 \u003d KO 3

오존은 특수 장치인 오존 발생기에서 얻습니다. 그들에서 전기 방전의 작용으로 분자 산소가 오존으로 변환됩니다.

번개 방전의 작용으로 유사한 반응이 발생합니다.

오존의 사용은 강력한 산화 특성 때문입니다. 직물 표백, 소독에 사용됩니다. 식수, 소독제로 의학에서.

오존을 대량으로 흡입하면 유해합니다. 눈과 호흡기의 점막을 자극합니다.

화학적 특성.

다른 원소(불소 제외)의 원자와의 화학 반응에서 산소는 독점적으로 산화 특성을 나타냅니다.

가장 중요한 화학적 특성은 거의 모든 원소로 산화물을 형성하는 능력입니다. 동시에 산소는 특히 가열될 때 대부분의 물질과 직접 반응합니다.

이러한 반응의 결과 일반적으로 산화물이 형성되고 덜 자주 과산화물이 형성됩니다.

2Ca + O2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O2 \u003d Na2O2

산소는 할로겐, 금, 백금과 직접 상호 작용하지 않으며 그들의 산화물은 간접적으로 얻습니다. 가열하면 유황, 탄소, 인이 산소로 연소됩니다.

산소와 질소의 상호 작용은 1200 ° C의 온도 또는 전기 방전에서만 시작됩니다.

엔 2 + 오 2 \u003d 2NO

산소는 수소와 결합하여 물을 형성합니다.

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

이 반응 동안 상당한 양의 열이 방출됩니다.

두 부피의 수소와 한 개의 산소의 혼합물은 발화될 때 폭발합니다. 폭발성 가스라고 합니다.

대기 중 산소와 접촉하는 많은 금속은 파괴-부식을 겪습니다. 정상적인 조건에서 일부 금속은 표면에서만 산화됩니다(예: 알루미늄, 크롬). 생성된 산화막은 추가 상호 작용을 방지합니다.

4Al + 3O2 \u003d 2Al2O3

특정 조건에서 복잡한 물질도 산소와 상호 작용합니다. 이 경우 산화물이 형성되고 경우에 따라 산화물 및 단체가 형성됩니다.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

4NH 3 + ZO 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

복잡한 물질과 상호 작용할 때 산소는 산화제로 작용합니다. 그것의 중요한 특성은 산소의 산화 활동, 즉 유지 능력에 기반합니다. 연소물질.

산소는 또한 수소와 화합물을 형성합니다 - 과산화수소 H 2 O 2 - 물에 잘 녹는 불타는 떫은 맛이 나는 무색 투명한 액체. 화학적으로 과산화수소는 매우 흥미로운 화합물입니다. 낮은 안정성이 특징입니다. 서 있으면 천천히 물과 산소로 분해됩니다.

H2O2 \u003d H2O + O2

빛, 열, 알칼리의 존재, 산화제 또는 환원제와의 접촉은 분해 과정을 가속화합니다. 과산화수소의 산소 산화도 = -1, 즉 물(-2)과 분자 산소(0)의 산소 산화 상태 사이의 중간 값을 가지므로 과산화수소는 산화 환원 이중성을 나타냅니다. 과산화수소의 산화 특성은 환원 특성보다 훨씬 두드러지며 산성, 알칼리성 및 중성 매질에서 나타납니다.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O

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 금속성(전자를 제공)을 나타내고 다른 조건에서는 비금속성(전자를 수용함)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 그 자체로 나타납니다 저온비등(-252.6 0С) 및 용융(-259.2 0С).
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 → ZnCl2+H2

2. 알칼리와 sh-z 금속물로:
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. KCl 또는 NaCl 수용액의 전기분해 부산물:
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) 탄소 함유 고온:
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 - 기체(수소와 일산화탄소의 혼합물)는 중요한 실용적인 가치, 아마도 온도, 압력 및 촉매에 따라 HCHO, CH 3 OH 등과 같은 다양한 유기 화합물이 형성됩니다.

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

산소지구상에서 가장 풍부한 원소 중 하나이다. 그것은 행성의 외피인 지각 무게의 약 절반을 차지합니다. 수소와 결합하여 물을 형성하여 지구 표면의 2/3 이상을 덮습니다.

우리는 산소를 볼 수 없으며 산소를 맛보거나 냄새 맡을 수도 없습니다. 그러나 그것은 공기의 5분의 1을 차지하며 필수적입니다. 살기 위해 우리는 동물과 식물처럼 숨을 쉬어야 합니다.

산소는 필수 참여자입니다. 화학 반응살아있는 유기체의 미세한 세포 안으로 들어가 그 결과 분열합니다. 영양소생명에 필요한 에너지가 방출됩니다. 그렇기 때문에 모든 생명체(몇 가지 종류의 미생물 제외)에 산소가 꼭 필요한 것입니다.

연소할 때 물질은 산소와 결합하여 열과 빛의 형태로 에너지를 방출합니다.

수소

우주에서 가장 흔한 원소는 수소. 그것은 대부분의 별의 대부분을 차지합니다. 지구상에서 대부분의 수소(화학 기호 H)는 산소(O)와 결합하여 물(H2O)을 형성합니다. 수소는 각 원자가 양성자 1개와 전자 1개로 구성되어 있기 때문에 가장 단순하고 가벼운 화학 원소입니다.

20세기 초, 비행선과 대형 항공기는 수소로 가득 차 있었습니다. 그러나 수소는 매우 가연성입니다. 화재로 인한 여러 재앙 이후 수소는 더 이상 비행선에서 사용되지 않았습니다. 오늘날 항공학에서는 불연성 헬륨이라는 또 다른 가벼운 가스가 사용됩니다.

수소는 탄소와 결합하여 탄화수소라는 물질을 형성합니다. 여기에는 기체 프로판 및 부탄 또는 액체 가솔린과 같은 천연 가스 및 원유에서 파생된 제품이 포함됩니다. 수소는 또한 탄소 및 산소와 결합하여 탄수화물을 형성합니다. 감자와 쌀의 전분과 사탕무의 설탕은 탄수화물입니다.

태양과 다른 별들은 대부분 수소로 이루어져 있습니다. 별의 중심에서 엄청난 온도와 압력으로 인해 수소 원자가 서로 합쳐져 다른 가스인 헬륨으로 변합니다. 이것은 열과 빛의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출합니다.

공과의 목적.이 수업에서 여러분은 지구상의 생명체에 가장 중요한 화학 원소인 수소와 산소에 대해 배우고 화학적 특성과 이들이 형성하는 단순한 물질의 물리적 특성에 대해 배우고 산소의 역할과 자연과 생명의 수소.

수소우주에서 가장 풍부한 원소이다. 산소지구상에서 가장 풍부한 원소이다. 그들은 함께 인체 질량의 절반 이상을 구성하는 물질인 물을 형성합니다. 산소는 우리가 숨 쉬는 데 필요한 기체이고, 물이 없으면 며칠도 살 수 없기 때문에 산소와 수소는 생명에 필요한 가장 중요한 화학 원소라고 할 수 있습니다.

수소와 산소 원자의 구조

따라서 수소는 비금속 특성을 나타냅니다. 수소는 자연적으로 발생합니다. 삼동위 원소, 프로튬, 중수소 및 삼중 수소 동위 원소는 물리적 특성이 서로 매우 다르기 때문에 개별 기호가 할당됩니다.

동위 원소가 무엇인지 기억하지 못하거나 모르는 경우 전자 교육 자원 "하나의 화학 원소의 다양한 원자로서의 동위 원소"의 자료로 작업하십시오. 여기에서 한 요소의 동위 원소가 서로 어떻게 다른지, 한 요소에 여러 동위 원소가 존재하는 이유를 배우고 여러 요소의 동위 원소에 대해서도 알게됩니다.

따라서 산소의 가능한 산화 상태는 -2에서 +2까지의 값으로 제한됩니다. 산소가 두 개의 전자를 받거나(음이온이 됨) 전기 음성도가 낮은 원소와 두 개의 공유 결합을 형성하면 -2 산화 상태가 됩니다. 산소가 다른 산소 원자와 하나의 결합을 형성하고 전기음성도가 낮은 원소의 원자와 두 번째 결합을 형성하면 -1 산화 상태가 됩니다. 불소와 두 개의 공유 결합 형성(더 많은 원소를 가진 유일한 원소 높은 가치전기 음성도), 산소는 +2 산화 상태가 됩니다. 다른 산소 원자와 하나의 결합을 형성하고 두 번째 결합은 불소 원자 - +1로 형성합니다. 마지막으로 산소가 전기 음성도가 낮은 원자와 하나의 결합을 형성하고 불소와 두 번째 결합을 형성하면 산화 상태 0이 됩니다.

수소와 산소의 물리적 성질, 산소의 동소체

수소- 맛과 냄새가 없는 무색의 기체. 매우 가볍습니다(공기보다 14.5배 가볍습니다). 수소 액화 온도 - -252.8 ° C -는 모든 가스 중에서 거의 가장 낮습니다 (헬륨에 이어 두 번째). 액체 및 고체 수소는 매우 가볍고 무색의 물질입니다.

산소무색, 무취, 무미의 기체로 공기보다 약간 무겁습니다. -182.9 °C에서 진한 파란색 액체로 변하고 -218 °C에서 결정을 형성하면서 응고됩니다. 파란색의. 산소 분자는 상자성체인데, 이는 산소가 자석에 끌린다는 것을 의미합니다. 산소는 물에 잘 녹지 않습니다.

한 가지 유형의 분자만 형성하는 수소와 달리 산소는 동소성을 나타내며 두 ​​가지 유형의 분자를 형성합니다. 즉, 산소 원소는 산소와 오존이라는 두 가지 단순한 물질을 형성합니다.

화학적 특성 및 단순 물질 얻기

수소.

수소 분자의 결합은 단일 결합이지만 자연계에서 가장 강한 단일 결합 중 하나이며 이를 끊는 데 많은 에너지가 필요하기 때문에 수소는 상온에서는 매우 비활성이지만 온도가 올라가면( 또는 촉매가 있는 경우) 수소는 단순하고 복잡한 많은 물질과 쉽게 상호 작용합니다.

수소는 화학적 관점에서 전형적인 비금속입니다. 즉, 활성 금속과 상호 작용하여 -1의 산화 상태를 나타내는 수소화물을 형성할 수 있습니다. 일부 금속(리튬, 칼슘)의 경우 상호 작용은 실온에서도 진행되지만 다소 느리므로 수소화물 합성에 가열이 사용됩니다.

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단순 물질의 직접적인 상호 작용에 의한 수소화물의 형성은 활성 금속에 대해서만 가능합니다. 이미 알루미늄은 수소와 직접적으로 상호 작용하지 않으며 수소화물은 교환 반응에 의해 얻어진다.

수소는 또한 가열될 때만 비금속과 반응합니다. 빛에 의해 유도될 수 있는 반응인 할로겐 염소와 브롬은 예외입니다.

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불소와의 반응도 가열이 필요하지 않으며 강한 냉각과 절대적인 어둠 속에서도 폭발이 진행됩니다.

산소와의 반응은 분지쇄 메카니즘에 따라 진행되므로 반응속도가 급격하게 증가하고, 산소와 수소가 1:2의 비율로 혼합된 상태에서 폭발과 함께 반응이 진행된다(이러한 혼합물을 "폭발성 가스"라 한다) "):

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황과의 반응은 열 방출이 거의 또는 전혀 없이 훨씬 더 조용히 진행됩니다.

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질소 및 요오드와의 반응은 가역적으로 진행됩니다.

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이러한 상황은 산업에서 암모니아 생산을 크게 복잡하게 만듭니다. 공정은 암모니아 형성 방향으로 평형을 혼합하기 위해 높은 압력을 사용해야 합니다. 요오드화수소는 직접 합성으로는 얻을 수 없습니다. 편리한 방법그것의 합성.

수소는 저 활성 비금속 ()과 직접 반응하지 않지만 그 화합물과의 화합물은 알려져 있습니다.

복잡한 물질과의 반응에서 대부분의 경우 수소는 환원제로 작용합니다. 용액에서 수소는 저활성 금속(일련의 전압에서 수소 뒤에 위치)을 염에서 환원시킬 수 있습니다.

가열하면 수소는 산화물에서 많은 금속을 환원시킬 수 있습니다. 또한 금속의 활성이 높을수록 복원하기가 더 어려워지고 이에 필요한 온도가 높아집니다.

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아연보다 활성이 높은 금속은 수소로 환원하는 것이 실질적으로 불가능합니다.

실험실에서 금속을 강산과 반응시켜 수소를 생산합니다. 가장 일반적으로 사용되는 아연 및 염산:

강한 전해질이 있는 상태에서 덜 일반적으로 사용되는 물의 전기분해:

산업계에서 수소는 염화나트륨 용액의 전기분해에 의한 가성소다 생산에서 부산물로 생성됩니다.

또한 정유 과정에서 수소를 얻는다.

물의 광분해에 의한 수소 생산은 미래에 가장 유망한 방법 중 하나이지만 현재로서는 산업 응용이 방법은 어렵습니다.

전자 교육 자원 자료로 작업 실험실 작업"수소의 획득 및 특성" 및 실험실 작업 "수소의 특성 감소". Kipp 장치와 Kiryushkin 장치의 작동 원리를 배웁니다. Kipp 장치를 사용하는 것이 더 편리한 경우와 Kiryushkin을 사용하는 것이 더 편리한 경우를 생각해 보십시오. 수소는 반응에서 어떤 특성을 나타냅니까?

산소.

산소 분자의 결합은 이중이며 매우 강합니다. 따라서 산소는 실온에서 오히려 비활성입니다. 그러나 가열하면 강한 산화 특성을 나타내기 시작합니다.

산소는 가열하지 않고 활성 금속(알칼리, 알칼리 토류 및 일부 란타넘족)과 반응합니다.

가열되면 산소는 대부분의 금속과 반응하여 산화물을 형성합니다.

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은 및 덜 활성인 금속은 산소에 의해 산화되지 않습니다.

산소는 또한 대부분의 비금속과 반응하여 산화물을 형성합니다.

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질소와의 상호 작용은 약 2000 °C의 매우 높은 온도에서만 발생합니다.

산소는 염소, 브롬 및 요오드와 반응하지 않지만 많은 산화물을 간접적으로 얻을 수 있습니다.

산소와 불소의 상호 작용은 가스 혼합물을 통해 전기 방전을 통과시켜 수행할 수 있습니다.

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산소(II) 플루오라이드는 불안정한 화합물로 쉽게 분해되며 매우 강한 산화제입니다.

용액에서 산소는 느리지만 강력한 산화제입니다. 일반적으로 산소는 금속이 더 높은 산화 상태로 전환되도록 촉진합니다.

산소의 존재는 종종 전압 시리즈에서 수소 바로 뒤에 위치한 산 금속에 용해될 수 있게 합니다.

가열되면 산소는 저급 금속 산화물을 산화시킬 수 있습니다.

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산소는 산업에서 화학적으로 얻는 것이 아니라 증류를 통해 공기에서 얻습니다.

실험실에서는 가열 시 질산염, 염소산염, 과망간산염과 같은 산소가 풍부한 화합물의 분해 반응을 사용합니다.

과산화수소의 촉매 분해를 통해 산소를 얻을 수도 있습니다.

또한, 위의 물 전기분해 반응을 이용하여 산소를 생성할 수 있습니다.

전자 교육 자원 실험실 작업 "산소 생산 및 그 특성"의 자료로 작업하십시오.

실험실 작업에 사용되는 산소 포집 방법의 이름은 무엇입니까? 어떤 다른 가스 포집 방법이 있으며 산소 포집에 적합한 방법은 무엇입니까?

작업 1. "가열시 과망간산 칼륨의 분해"비디오 클립을보십시오.

질문에 답하십시오:

1. 1. 반응의 고체 생성물 중 물에 용해되는 것은?
   2. 과망간산 칼륨 용액은 무슨 색입니까?
   3. 망간산칼륨 용액의 색은?

진행 중인 반응에 대한 방정식을 작성합니다. 전자 저울 방법을 사용하여 균등화하십시오.

비디오 룸이나 비디오 룸에서 교사와 과제에 대해 토론하십시오.

오존.

오존 분자는 3원자이며 오존 분자의 결합은 산소 분자보다 덜 강하여 오존의 화학적 활동이 더 커집니다. 오존은 가열하지 않고 용액이나 건조한 형태로 많은 물질을 쉽게 산화시킵니다.

오존은 촉매 없이 산화질소(IV)를 산화질소(V)로, 산화황(IV)을 산화황(VI)으로 쉽게 산화시킬 수 있습니다.

오존은 서서히 분해되어 산소를 형성합니다.

오존 생성에 사용 특수 장치- 글로우 방전이 산소를 통과하는 오존 발생기.

실험실에서는 소량의 오존을 얻기 위해 퍼옥소 화합물과 일부 고급 산화물의 분해 반응을 가열할 때 사용합니다.

전자 교육 자원 실험실 작업 "오존 획득 및 그 특성 연구"의 자료로 작업하십시오.

인디고 용액이 무색이 되는 이유를 설명하십시오. 질산납과 황화나트륨 용액이 혼합될 때와 오존화 공기가 생성된 현탁액을 통과할 때 발생하는 반응에 대한 방정식을 작성하십시오. 이온 교환 반응에 대한 이온 반응식을 작성하십시오. 산화 환원 반응을 위해 전자 저울을 만드십시오.

비디오 룸이나 비디오 룸에서 교사와 과제에 대해 토론하십시오.

물의 화학적 성질

더 나은 친분을 위해 물리적 특성물과 그 중요성, 전자 교육 자원 "물의 변칙적 특성"및 "물은 지구상에서 가장 중요한 액체"의 자료로 작업합니다.

물은 모든 살아있는 유기체에 매우 중요합니다. 사실 많은 살아있는 유기체는 절반 이상의 물로 구성되어 있습니다. 물은 가장 다재다능한 용매 중 하나입니다(고온 및 고압에서 용매로서의 능력이 크게 증가함). 화학적 관점에서 물은 산화수소이지만 수용액그것은 (매우 작은 정도이지만) 수소 양이온과 수산화물 음이온으로 해리됩니다.

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물은 많은 금속과 상호 작용합니다. 활성(알칼리성, 알칼리성 토류 및 일부 란탄족)을 사용하면 물이 가열 없이 반응합니다.

가열되면 덜 활동적인 상호 작용이 발생합니다.

일반 및 무기 화학

강의 6. 수소와 산소. 물. 과산화수소.

수소

수소 원자는 화학의 가장 단순한 대상입니다. 엄밀히 말하면 이온(양성자)은 훨씬 더 간단합니다. 1766년 캐번디시가 처음 기술했습니다. 그리스어에서 이름. "수력 유전자" - 물 생성.

수소 원자의 반경은 대략 0.5 * 10-10m이고 이온(양성자)은 1.2 * 10-15m 또는 50pm에서 1.2 * 10-3pm 또는 50m(SCA 대각선)에서 최대 1mm.

다음 1s 원소인 리튬은 Li+에 대해서만 155pm에서 68pm으로 변경됩니다. 원자와 그 양이온(크기의 5배) 크기의 이러한 차이는 독특합니다.

양성자의 크기가 작기 때문에 교환 수소 결합, 주로 산소, 질소 및 불소 원자 사이. 수소 결합의 강도는 10–40 kJ/mol로 대부분의 일반 결합의 파괴 에너지(유기 분자의 경우 100–150 kJ/mol)보다 훨씬 작지만 370C에서 열 운동의 평균 운동 에너지보다 큽니다. (4kJ/몰). 결과적으로 살아있는 유기체에서 수소 결합이 가역적으로 끊어져 중요한 과정의 흐름을 보장합니다.

수소는 14K에서 녹고 20.3K(압력 1atm)에서 끓고 액체 수소의 밀도는 71g/l(물보다 14배 가벼움)에 불과합니다.

희박한 성간 매질에서 여기된 수소 원자는 보어 반경(r = n2 * 0.5 * 10-10m)에 해당하는 18m의 파장을 갖는 n 733 → 732까지의 천이에서 0.1mm 정도의 천이를 갖는 것으로 발견되었습니다. (!).

우주에서 가장 흔한 원소(원자의 88.6%, 원자의 11.3%가 헬륨이고 0.1%만이 다른 모든 원소의 원자임).

4 H → 4 He + 26.7 MeV 1 eV = 96.48 kJ/mol

양성자는 스핀이 1/2이므로 세 가지 유형의 수소 분자가 있습니다.

평행 핵 스핀을 갖는 orthohydrogen o-H2, 역평행스핀 및 일반 n-H2 - 75% 오르토-수소와 25% 파라-수소의 혼합물. o-H2 → p-H2로 변환되는 동안 1418 J/mol이 방출됩니다.

오르토 및 파라수소의 특성

수소의 원자 질량이 가능한 한 최소이기 때문에 동위 원소 중 중수소 D (2H) 및 삼중 수소 T (3H)는 물리적 및 화학적 특성. 예를 들어, 수소 중 하나를 대체 유기화합물중수소는 진동(적외선) 스펙트럼에 눈에 띄게 반영되어 복잡한 분자의 구조를 설정할 수 있습니다. 유사한 대체("레이블 원자 방법")도 복잡한 메커니즘을 확립하는 데 사용됩니다.

화학적 및 생화학 적 과정. 표지된 원자의 방법은 방사성 삼중수소가 프로튬 대신 사용될 때 특히 민감합니다(β-붕괴, 반감기 12.5년).

프로튬과 중수소의 성질

					밀도, g/l(20K)
주요 방법 수소 생산산업 – 메탄 변환
또는 800-11000C에서의 석탄 수화(촉매):
CH4 + H2O = CO + 3H2				10000 С 이상
"수성 가스": C + H2 O = CO + H2
그런 다음 CO 변환: CO + H2 O = CO2 + H2						4000C, 코발트 산화물

합계: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

기타 수소 공급원.

코크스 오븐 가스: 약 55% 수소, 25% 메탄, 최대 2% 중질 탄화수소, 4-6% CO, 2% CO2, 10-12% 질소.

연소 생성물로서의 수소:

Si + Ca(OH)2 + 2 NaOH = Na2 SiO3 + CaO + 2 H2

불꽃 혼합물 1kg당 최대 370리터의 수소가 방출됩니다.

형태의 수소 단순한 물질암모니아 생산 및 식물성 지방의 수소화(경화), 일부 금속 산화물(몰리브덴, 텅스텐)의 환원, 수소화물(LiH, CaH2,

LiAlH4).

반응 엔탈피: H. + H. = H2는 -436 kJ/mol이므로 원자 수소는 고온 환원 "화염"("Langmuir 버너")을 생성하는 데 사용됩니다. 전기 아크의 수소 제트는 35,000C에서 30%까지 원자화되고 원자의 재결합으로 50,000C에 도달할 수 있습니다.

액화 수소는 로켓의 연료로 사용됩니다(산소 참조). 육상 운송을 위한 유망한 환경 친화적인 연료; 수소 금속 수 소화물 배터리 사용에 대한 실험이 진행 중입니다. 예를 들어, LaNi5 합금은 같은 부피(합금 부피)의 액체 수소에 포함된 것보다 1.5~2배 더 많은 수소를 흡수할 수 있습니다.

산소

현재 일반적으로 받아들여지는 자료에 따르면 산소는 1774년 J. Priestley에 의해 발견되었고 독립적으로 K. Scheele에 의해 발견되었습니다. 산소 발견의 역사 좋은 예과학 발전에 대한 패러다임의 영향(부록 1 참조).

분명히 사실 산소는 공식 날짜보다 훨씬 일찍 발견되었습니다. 1620년에는 누구나 Cornelius van Drebbel이 설계한 잠수함을 타고 템스 강을 따라 탈 수 있었습니다. 배는 12명의 노 젓는 사람의 노력 덕분에 물속에서 움직였습니다. 수많은 목격자들에 따르면 잠수함의 발명가는 공기를 "새로 고침"하여 호흡 문제를 성공적으로 해결했습니다. 화학적 수단으로. 로버트 보일은 1661년에 이렇게 썼습니다. 기계 설계발명가가 가지고 있던 보트 화학 용액(술) 그가

스쿠버 다이빙의 주요 비밀로 간주됩니다. 그리고 때때로 그는 공기의 숨쉴 수 있는 부분이 이미 다 소모되어 배에 있는 사람들이 숨을 쉬기 어렵게 만들었다고 확신하게 되었을 때, 이 용액으로 채워진 용기를 열어 공기를 재빨리 보충할 수 있었습니다. 충분히 오랜 시간 동안 호흡에 다시 적합하게 만드는 중요한 부분의 내용.

차분한 상태의 건강한 사람은 하루에 약 7200리터의 공기를 폐를 통해 펌핑하여 720리터의 산소를 돌이킬 수 없이 섭취합니다. 부피가 6m3인 밀폐된 방에서 사람은 환기 없이 최대 12시간 동안 생존할 수 있습니다. 육체 노동 3-4시간. 호흡 곤란의 주요 원인은 산소 부족이 아니라 이산화탄소의 축적 0.3~2.5%.

오랫동안산소를 얻는 주요 방법은 "바륨" 사이클(브린 방법으로 산소를 얻는 것)이었습니다.

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000C ->

BaO + 0.5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

Drebbel의 비밀 솔루션은 과산화수소 솔루션이 될 수 있습니다. BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

피로혼합물의 연소 중 산소 얻기: NaClO3 = NaCl + 1.5 O2 + 50.5 kJ

최대 80% NaClO3, 최대 10% 철분, 4% 과산화바륨 및 유리솜의 혼합물.

산소 분자는 상자성(실질적으로 biradical)이므로 활성이 높습니다. 유기 물질은 과산화물 형성 단계를 통해 공기 중에서 산화됩니다.

산소는 54.8K에서 녹고 90.2K에서 끓습니다.

원소 산소의 동소체 변형은 물질 오존 O3입니다. 지구의 생물학적 오존 보호는 매우 중요합니다. 20-25km의 고도에서 평형이 설정됩니다.

자외선<280 нм		자외선 280-320nm
O2 ----> 2O*	O* + O2 + M --> O3	O3-------	> O2 + O
	(M - N2, 아르곤)

1974년, 고도 25km 이상의 프레온에서 형성되는 원자 염소가 마치 "오존" 자외선을 대체하는 것처럼 오존 붕괴를 촉매한다는 사실이 발견되었습니다. 이 UV는 피부암을 유발할 수 있습니다(미국에서 연간 최대 600,000건). 에어로졸 캔의 프레온 금지는 1978년부터 미국에서 시행되었습니다.

1990년 이후 금지 물질 목록(92개국)에는 CH3 CCl3, CCl4, 클로로브로모탄화수소가 포함되어 있으며 2000년까지 생산이 중단됩니다.

산소에서 수소의 연소

반응은 매우 복잡하기 때문에 (강의 3의 계획) 실제 적용을 시작하기 전에 오랜 연구가 필요했습니다.

1969년 7월 21일 최초의 지구인 N. 암스트롱이 달 위를 걸었습니다. Saturn-5 발사체(Wernher von Braun 설계)는 3단계로 구성됩니다. 첫 번째는 등유와 산소, 두 번째와 세 번째는 액체 수소와 산소입니다. 총 468톤의 액체 O2 및 H2. 13번의 성공적인 발사가 이루어졌습니다.

1981년 4월부터 우주왕복선은 713톤의 액체 O2 및 H2와 각각 590톤의 고체 추진 부스터 2개(총 질량 고체 연료 987톤). 40km에서 113km까지의 엔진은 수소와 산소로 작동하는 TTU까지의 첫 40km 상승입니다.

1987년 5월 15일 Energia의 첫 발사, 1988년 11월 15일 Buran의 최초이자 유일한 비행. 발사 중량은 2400톤으로 연료의 질량(등유는

측면 구획, 액체 O2 및 H2) 2000 톤 엔진 출력 125000 MW, 페이로드 105 톤.

연소가 항상 제어되고 성공적이지는 않았습니다.

1936년에는 세계 최대의 수소 비행선 LZ-129 "Hindenburg"가 건조되었습니다. 부피는 200,000m3, 길이는 약 250m, 직경은 41.2m, 각 1100마력의 엔진 4개로 속도는 135km/h, 적재량은 88톤. 3 천명 이상의 승객을 운송했습니다.

1937년 5월 6일, 미국에 계류하던 중 비행선이 폭발하여 전소되었습니다. 중 하나 가능한 원인들- 사보타주.

1986년 1월 28일, 비행 74초째에 챌린저호는 셔틀 시스템의 25번째 비행인 7명의 우주 비행사와 함께 폭발했습니다. 그 이유는 고체 추진제 부스터의 결함입니다.

데모:

폭발성 가스 폭발(수소와 산소의 혼합물)

연료 전지들

기술적으로 중요한 옵션이 연소 반응 - 프로세스를 둘로 나누기:

수소 전기산화(양극): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

산소 전기 환원(음극): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

이러한 "버닝"이 수행되는 시스템은 연료 전지. 발전소가 없기 때문에 화력발전소보다 효율이 훨씬 높다.

발열의 특별한 단계. 최대 효율 = ∆G/∆H; 수소 연소의 경우 94%가 얻어집니다.

그 효과는 1839년부터 알려졌으나 실용화되는 연료전지가 최초로 구현되었다.

20 세기 말 우주에서 ( "Gemini", "Apollo", "Shuttle"-USA, "Buran"-USSR).

연료 전지 관점 [17]

Ballard Power Systems의 대표는 워싱턴에서 열린 과학 회의에서 연료 전지 엔진이 네 가지 주요 기준을 충족할 때 상업적으로 실행 가능할 것이라고 강조했습니다. 생성 에너지 비용 절감, 내구성 증가, 설치 크기 감소 및 빠른 시동 능력 추운 날씨에 . . 연료 전지 공장에서 생성되는 1킬로와트의 에너지 비용을 $30로 줄여야 합니다. 비교를 위해 2004년에는 같은 수치가 103달러였으며 2005년에는 80달러가 될 것으로 예상됩니다. 이 가격을 달성하려면 연간 최소 50만 대의 엔진을 생산해야 합니다. 유럽 ​​과학자들은 예측에 더 신중하며 연료의 상업적 사용이 수소 원소자동차 산업은 2020년 이전에 시작될 것입니다.