ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลก เมื่อรวมกับไนโตรเจนและก๊าซอื่น ๆ จำนวนเล็กน้อย ออกซิเจนอิสระจะก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศของโลก ปริมาณในอากาศอยู่ที่ 20.95% โดยปริมาตร หรือ 23.15% โดยมวล ในเปลือกโลก 58% ของอะตอมมีพันธะกับอะตอมออกซิเจน (47% โดยมวล) ออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของน้ำ (ปริมาณสำรองของออกซิเจนที่ถูกพันธะในไฮโดรสเฟียร์มีขนาดใหญ่มาก) หิน แร่ธาตุและเกลือหลายชนิด และพบได้ในไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิต ออกซิเจนอิสระของโลกเกือบทั้งหมดถูกสร้างขึ้นและเก็บรักษาไว้อันเป็นผลมาจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

คุณสมบัติทางกายภาพ

ออกซิเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น หนักกว่าอากาศเล็กน้อย สามารถละลายได้ในน้ำเล็กน้อย (ออกซิเจน 31 มล. ละลายในน้ำ 1 ลิตรที่ 20 องศา) แต่ก็ยังดีกว่าก๊าซในบรรยากาศอื่น ๆ ดังนั้นน้ำจึงอุดมไปด้วยออกซิเจน ความหนาแน่นของออกซิเจนภายใต้สภาวะปกติคือ 1.429 กรัม/ลิตร ที่อุณหภูมิ -183 0 C และความดัน 101.325 kPa ออกซิเจนจะเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลว ออกซิเจนเหลวมีสีฟ้า ถูกดึงเข้าไปในสนามแม่เหล็ก และที่อุณหภูมิ -218.7 ° C จะเกิดเป็นผลึกสีน้ำเงิน

ออกซิเจนธรรมชาติมีสามไอโซโทป O 16, O 17, O 18

จัดสรร- ความสามารถ องค์ประกอบทางเคมีมีอยู่ในรูปของสารธรรมดาตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ต่างกันเพียงจำนวนอะตอมในโมเลกุลหรือในโครงสร้างเท่านั้น

โอโซน O 3 – มีอยู่ใน ชั้นบนบรรยากาศที่ระดับความสูง 20-25 กม. จากพื้นผิวโลก และก่อตัวที่เรียกว่า “ ชั้นโอโซน" ซึ่งปกป้องโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายของดวงอาทิตย์ เป็นก๊าซพิษสีม่วงอ่อนในปริมาณมาก มีกลิ่นเฉพาะตัว ฉุน แต่น่าพึงพอใจ จุดหลอมเหลวคือ -192.7 0 C จุดเดือดคือ 111.9 0 C เราละลายออกซิเจนในน้ำได้ดีกว่า

โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง กิจกรรมออกซิเดชันขึ้นอยู่กับความสามารถของโมเลกุลในการสลายตัวด้วยการปล่อยออกซิเจนอะตอมมิก:

มันออกซิไดซ์สารที่เรียบง่ายและซับซ้อนหลายชนิด โลหะบางชนิดจะเกิดเป็นโอโซน เช่น โพแทสเซียมโอโซไนด์:

K + O 3 = เกาะ 3

โอโซนผลิตในอุปกรณ์พิเศษ - โอโซน ภายใต้อิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้า ออกซิเจนโมเลกุลจะถูกแปลงเป็นโอโซน:

ปฏิกิริยาที่คล้ายกันเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการปล่อยฟ้าผ่า

การใช้โอโซนเกิดจากคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่แรง: ใช้สำหรับฟอกผ้า, ฆ่าเชื้อ น้ำดื่มในทางการแพทย์เป็นยาฆ่าเชื้อ

การสูดดมโอโซนในปริมาณมากเป็นอันตราย: ทำให้เยื่อเมือกของดวงตาและอวัยวะทางเดินหายใจระคายเคือง

คุณสมบัติทางเคมี.

ในปฏิกิริยาเคมีกับอะตอมของธาตุอื่นๆ (ยกเว้นฟลูออรีน) ออกซิเจนจะแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์โดยเฉพาะ

คุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญที่สุดคือความสามารถในการสร้างออกไซด์ที่มีองค์ประกอบเกือบทั้งหมด ในขณะเดียวกัน ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกความร้อน

จากปฏิกิริยาเหล่านี้ตามกฎแล้วจะเกิดออกไซด์ซึ่งมักเป็นเปอร์ออกไซด์น้อยกว่า:

2Ca + O 2 = 2CaO

2บา + โอ 2 = 2บาโอ

2นา + โอ 2 = นา 2 โอ 2

ออกซิเจนไม่มีปฏิกิริยาโดยตรงกับฮาโลเจน ทองคำ และแพลตตินัม โดยออกไซด์ของพวกมันได้มาทางอ้อม เมื่อถูกความร้อน ซัลเฟอร์ คาร์บอน และฟอสฟอรัสจะเผาไหม้ในออกซิเจน

ปฏิกิริยาของออกซิเจนกับไนโตรเจนเริ่มต้นที่อุณหภูมิ 1200 0 C เท่านั้นหรือในการปล่อยกระแสไฟฟ้า:

ยังไม่มีข้อความ 2 + O 2 = 2NO

ด้วยไฮโดรเจน ออกซิเจนจะก่อตัวเป็นน้ำ:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

ในระหว่างปฏิกิริยานี้ ความร้อนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา

ส่วนผสมของไฮโดรเจนสองปริมาตรกับออกซิเจนหนึ่งปริมาตรจะระเบิดเมื่อจุดติดไฟ มันถูกเรียกว่าก๊าซระเบิด

โลหะหลายชนิดเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในบรรยากาศอาจถูกทำลาย - การกัดกร่อน โลหะบางชนิดภายใต้สภาวะปกติจะถูกออกซิไดซ์จากพื้นผิวเท่านั้น (เช่น อลูมิเนียม โครเมียม) ฟิล์มออกไซด์ที่ได้จะช่วยป้องกันปฏิกิริยาเพิ่มเติม

4อัล + 3O 2 = 2อัล 2 O 3

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สารเชิงซ้อนก็มีปฏิกิริยากับออกซิเจนเช่นกัน ในกรณีนี้จะเกิดออกไซด์และในบางกรณีจะเกิดออกไซด์และสารธรรมดา

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

4NH 3 +ЗО 2 =2N 2 +6Н 2 О

4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O

เมื่อทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน ออกซิเจนจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ คุณสมบัติที่สำคัญคือความสามารถในการบำรุงรักษา การเผาไหม้สาร

ออกซิเจนยังก่อให้เกิดสารประกอบที่มีไฮโดรเจน - ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 ซึ่งเป็นของเหลวใสไม่มีสีมีรสฝาดฉุนละลายได้สูงในน้ำ ในทางเคมี ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารประกอบที่น่าสนใจมาก ลักษณะความเสถียรต่ำ: เมื่อยืน มันจะค่อยๆ สลายตัวเป็นน้ำและออกซิเจน:

เอช 2 โอ 2 = เอช 2 โอ + โอ 2

แสง ความร้อน การมีด่าง และการสัมผัสกับสารออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์จะเร่งกระบวนการสลายตัว สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ = - 1 เช่น มีค่ากลางระหว่างสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในน้ำ (-2) และในโมเลกุลออกซิเจน (0) ดังนั้นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จึงแสดงปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นคู่ คุณสมบัติออกซิไดซ์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นเด่นชัดกว่าคุณสมบัติรีดิวซ์มากและแสดงออกมาในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดด่างและเป็นกลาง

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + ฉัน 2 + 2H 2 O

ไฮโดรเจน H เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล (ประมาณ 75% โดยมวล) และบนโลกนี้เป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดอันดับที่เก้า สารประกอบไฮโดรเจนตามธรรมชาติที่สำคัญที่สุดคือน้ำ
ไฮโดรเจนอยู่ในอันดับแรกในตารางธาตุ (Z = 1) มีโครงสร้างอะตอมที่ง่ายที่สุด คือ นิวเคลียสของอะตอมคือโปรตอน 1 ตัว ล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอนที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 1 ตัว
ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ไฮโดรเจนแสดงคุณสมบัติของโลหะ (บริจาคอิเล็กตรอน) ในขณะที่เงื่อนไขอื่น ๆ จะแสดงคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ (รับอิเล็กตรอน)
ไอโซโทปไฮโดรเจนที่พบในธรรมชาติ ได้แก่ 1H - โปรเทียม (นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัว), 2H - ดิวทีเรียม (D - นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว), 3H - ไอโซโทป (T - นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและสอง นิวตรอน)

สารไฮโดรเจนอย่างง่าย

โมเลกุลไฮโดรเจนประกอบด้วยอะตอมสองอะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว
คุณสมบัติทางกายภาพไฮโดรเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่เป็นพิษ โมเลกุลไฮโดรเจนไม่มีขั้ว ดังนั้นแรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลในก๊าซไฮโดรเจนจึงมีน้อย สิ่งนี้แสดงออกมาใน อุณหภูมิต่ำการเดือด (-252.6 0С) และการละลาย (-259.2 0С)
ไฮโดรเจนเบากว่าอากาศ D (ทางอากาศ) = 0.069; ละลายได้ในน้ำเล็กน้อย (H2 2 ปริมาตรละลายใน H2O 100 ปริมาตร) ดังนั้นเมื่อผลิตไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ จะสามารถรวบรวมได้โดยวิธีการแทนที่ด้วยอากาศหรือน้ำ

การผลิตไฮโดรเจน

ในห้องปฏิบัติการ:

1. ผลกระทบของกรดเจือจางต่อโลหะ:
สังกะสี +2HCl → สังกะสี 2 +H 2

2. ปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลน์กับ โลหะด้วยน้ำ:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2

3. ไฮโดรไลซิสของไฮไดรด์: โลหะไฮไดรด์สามารถย่อยสลายได้ง่ายด้วยน้ำเพื่อสร้างเป็นด่างและไฮโดรเจนที่สอดคล้องกัน:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

4.ผลของด่างต่อสังกะสีหรืออลูมิเนียมหรือซิลิคอน:
2อัล +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
สังกะสี +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
ศรี + 2NaOH + H 2 O → นา 2 SiO 3 + 2H 2

5. กระแสไฟฟ้าของน้ำ เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของน้ำจะมีการเติมอิเล็กโทรไลต์ลงไปเช่น NaOH, H 2 SO 4 หรือ Na 2 SO 4 ไฮโดรเจน 2 ปริมาตรเกิดขึ้นที่แคโทด และออกซิเจน 1 ปริมาตรที่ขั้วบวก
2H 2 O → 2H 2 +O 2

การผลิตไฮโดรเจนทางอุตสาหกรรม

1. การแปลงมีเทนด้วยไอน้ำ Ni 800 °C (ถูกที่สุด):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

เบ็ดเสร็จ:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. ไอน้ำผ่านโค้กร้อนที่อุณหภูมิ 1,000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) ที่เกิดขึ้นจะถูกดูดซับด้วยน้ำ และ 50% ของไฮโดรเจนทางอุตสาหกรรมถูกผลิตด้วยวิธีนี้

3. โดยให้ความร้อนมีเธนถึง 350°C โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กหรือนิกเกิล:
CH 4 → C + 2H 2

4. อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายน้ำของ KCl หรือ NaCl เช่น ผลพลอยได้:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจน

• ในสารประกอบ ไฮโดรเจนจะมีสถานะเดียวเสมอ มีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 แต่ในโลหะไฮไดรด์จะเท่ากับ -1
• โมเลกุลไฮโดรเจนประกอบด้วยสองอะตอม การเกิดขึ้นของการเชื่อมต่อระหว่างพวกมันอธิบายได้จากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนทั่วไป H:H หรือ H 2
• ต้องขอบคุณอิเล็กตรอนทั่วไปที่ทำให้โมเลกุล H 2 มีความเสถียรด้านพลังงานมากกว่าอะตอมแต่ละตัว ในการแตกโมเลกุลไฮโดรเจน 1 โมลออกเป็นอะตอม จำเป็นต้องใช้พลังงาน 436 กิโลจูล: H 2 = 2H, ∆H° = 436 กิโลจูล/โมล
• สิ่งนี้อธิบายกิจกรรมที่ค่อนข้างต่ำของโมเลกุลไฮโดรเจนที่อุณหภูมิปกติ
• ด้วยอโลหะหลายชนิด ไฮโดรเจนจึงเกิดเป็นสารประกอบก๊าซ เช่น RH 4, RH 3, RH 2, RH

1) สร้างไฮโดรเจนเฮไลด์ด้วยฮาโลเจน:
H 2 + Cl 2 → 2HCl
ในเวลาเดียวกัน มันจะระเบิดด้วยฟลูออรีน ทำปฏิกิริยากับคลอรีนและโบรมีนเฉพาะเมื่อได้รับแสงสว่างหรือได้รับความร้อน และกับไอโอดีนเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้น

2) ด้วยออกซิเจน:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
พร้อมปล่อยความร้อน ที่อุณหภูมิปกติ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 550°C จะเกิดการระเบิด ส่วนผสมของ H 2 2 ปริมาตรและ O 2 1 ปริมาตรเรียกว่าก๊าซระเบิด

3) เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับซัลเฟอร์ (ยากกว่ามากกับซีลีเนียมและเทลลูเรียม):
H 2 + S → H 2 S (ไฮโดรเจนซัลไฟด์)

4) ด้วยไนโตรเจนที่มีการก่อตัวของแอมโมเนียบนตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้นและที่อุณหภูมิและความดันสูง:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) มีคาร์บอนอยู่ที่ อุณหภูมิสูง:
2H 2 + C → CH 4 (มีเทน)

6) สร้างไฮไดรด์ด้วยโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท (ไฮโดรเจนเป็นตัวออกซิไดซ์):
H 2 + 2Li → 2LiH
ในโลหะไฮไดรด์ไฮโดรเจนไอออนจะมีประจุลบ (สถานะออกซิเดชัน -1) นั่นคือ Na + H ไฮไดรด์ - สร้างคล้ายกับ Na + Cl คลอไรด์ -

ด้วยสารที่ซับซ้อน:

7) ด้วยโลหะออกไซด์ (ใช้เพื่อลดโลหะ):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
เฟ 3 O 4 + 4H 2 → 3เฟ + 4H 2 โอ

8) ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ (II):
CO + 2H 2 → CH 3 โอ้
ก๊าซสังเคราะห์ (ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์) มีความสำคัญ ความสำคัญในทางปฏิบัติเนื่องจากสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ จะเกิดขึ้น เช่น HCHO, CH 3 OH และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน และตัวเร่งปฏิกิริยา

9) ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนจนอิ่มตัว:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2

ออกซิเจน- หนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในโลก มันมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่งของเปลือกโลกซึ่งเป็นเปลือกนอกของดาวเคราะห์ เมื่อรวมกับไฮโดรเจนจะเกิดเป็นน้ำ ซึ่งปกคลุมพื้นที่มากกว่าสองในสามของพื้นผิวโลก

เราไม่สามารถมองเห็นออกซิเจน และไม่สามารถลิ้มรสหรือดมกลิ่นได้ อย่างไรก็ตาม มันประกอบไปด้วยหนึ่งในห้าของอากาศและจำเป็นต่อชีวิต ในการมีชีวิตอยู่ เราก็เหมือนกับสัตว์และพืช ที่ต้องหายใจ

ออกซิเจนคือผู้เข้าร่วมที่ขาดไม่ได้ ปฏิกริยาเคมีเข้าไปในเซลล์จุลทรรศน์ของสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันแยกตัว สารอาหารและพลังงานที่จำเป็นต่อชีวิตก็ถูกปลดปล่อยออกมา นี่คือเหตุผลว่าทำไมออกซิเจนจึงจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด (ยกเว้นจุลินทรีย์บางชนิด)

เมื่อเผาไหม้สารจะรวมตัวกับออกซิเจนและปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อนและแสง

ไฮโดรเจน

องค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาลคือ ไฮโดรเจน. คิดเป็นจำนวนดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ บนโลก ไฮโดรเจนส่วนใหญ่ (สัญลักษณ์ทางเคมี H) รวมตัวกับออกซิเจน (O) ทำให้เกิดน้ำ (H20) ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ง่ายที่สุดและเบาที่สุด เนื่องจากแต่ละอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเท่านั้น

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เรือบินและเครื่องบินขนาดใหญ่เต็มไปด้วยไฮโดรเจน อย่างไรก็ตามไฮโดรเจนเป็นสารไวไฟมาก หลังจากเกิดภัยพิบัติหลายครั้งจากเหตุเพลิงไหม้ ไฮโดรเจนไม่ได้ถูกใช้ในเรือเหาะอีกต่อไป ปัจจุบันมีการใช้ก๊าซเบาอีกชนิดหนึ่งในการบิน - ฮีเลียมที่ไม่ติดไฟ

ไฮโดรเจนรวมตัวกับคาร์บอนเกิดเป็นสารที่เรียกว่าไฮโดรคาร์บอน ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากก๊าซธรรมชาติและน้ำมันดิบ เช่น ก๊าซโพรเพนและบิวเทน หรือน้ำมันเบนซินเหลว ไฮโดรเจนยังรวมตัวกับคาร์บอนและออกซิเจนเพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรต แป้งในมันฝรั่งและข้าว น้ำตาลในหัวบีทเป็นคาร์โบไฮเดรต

ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน ที่ใจกลางดาวฤกษ์ อุณหภูมิและแรงกดดันมหาศาลทำให้อะตอมของไฮโดรเจนหลอมรวมกันและกลายเป็นก๊าซฮีเลียมอีกชนิดหนึ่ง สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมาในรูปของความร้อนและแสงสว่าง

วัตถุประสงค์ของบทเรียนในบทเรียนนี้ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลก เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีของพวกมัน ตลอดจนคุณสมบัติทางกายภาพของสารเชิงเดี่ยวที่พวกมันก่อตัว เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทของออกซิเจนและไฮโดรเจน ในธรรมชาติและชีวิตบุคคล

ไฮโดรเจน– องค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล ออกซิเจน– องค์ประกอบที่พบมากที่สุดในโลก พวกมันรวมตัวกันก่อตัวเป็นน้ำ ซึ่งเป็นสสารที่ประกอบขึ้นเป็นมวลมากกว่าครึ่งหนึ่งของร่างกายมนุษย์ ออกซิเจนเป็นก๊าซที่เราต้องการในการหายใจ และหากไม่มีน้ำ เราก็ไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้สองสามวัน ดังนั้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเราสามารถถือว่าออกซิเจนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดที่จำเป็นสำหรับชีวิต

โครงสร้างของอะตอมไฮโดรเจนและออกซิเจน

ดังนั้นไฮโดรเจนจึงแสดงคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ ในธรรมชาติ ไฮโดรเจนเกิดขึ้นใน รูปแบบของสามไอโซโทป โปรเทียม ดิวทีเรียม และทริเทียม ไอโซโทปไฮโดรเจนมีคุณสมบัติทางกายภาพแตกต่างกันมาก ดังนั้นจึงถูกกำหนดให้เป็นสัญลักษณ์แต่ละตัวด้วยซ้ำ

หากคุณจำไม่ได้หรือไม่รู้ว่าไอโซโทปคืออะไร ให้ลองใช้วัสดุจากแหล่งข้อมูลทางการศึกษาแบบอิเล็กทรอนิกส์ “ไอโซโทปเป็นอะตอมที่หลากหลายขององค์ประกอบทางเคมีชนิดเดียว” ในนั้นคุณจะได้เรียนรู้ว่าไอโซโทปของธาตุหนึ่งแตกต่างกันอย่างไร การมีอยู่ของไอโซโทปหลายธาตุของธาตุหนึ่งนำไปสู่อะไร และทำความคุ้นเคยกับไอโซโทปของธาตุหลายชนิดด้วย

ดังนั้นสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ของออกซิเจนจึงถูกจำกัดไว้ที่ค่าตั้งแต่ –2 ถึง +2 หากออกซิเจนรับอิเล็กตรอนสองตัว (กลายเป็นประจุลบ) หรือสร้างพันธะโควาเลนต์สองตัวที่มีองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีน้อยกว่า ออกซิเจนจะเข้าสู่สถานะออกซิเดชัน –2 หากออกซิเจนสร้างพันธะหนึ่งกับออกซิเจนอีกอะตอมหนึ่งและพันธะที่สองกับอะตอมที่มีองค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาติตีน้อยกว่า พันธะนั้นจะเข้าสู่สถานะออกซิเดชัน –1 ทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์ 2 พันธะกับฟลูออรีน (ธาตุเดียวที่มีมากกว่า มูลค่าสูงอิเลคโตรเนกาติวีตี้) ออกซิเจนจะเข้าสู่สถานะออกซิเดชัน +2 สร้างพันธะหนึ่งกับอะตอมออกซิเจนอีกอะตอมหนึ่ง และพันธะที่สองสร้างพันธะกับอะตอมฟลูออรีน – +1 สุดท้ายนี้ หากออกซิเจนสร้างพันธะหนึ่งโดยมีอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีน้อยกว่าและเกิดพันธะที่สองกับฟลูออรีน พันธะนั้นจะอยู่ในสถานะออกซิเดชันเป็น 0

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนและออกซิเจน การจัดสรรออกซิเจน

ไฮโดรเจน– ก๊าซไม่มีสีไม่มีรสหรือกลิ่น เบามาก (เบากว่าอากาศ 14.5 เท่า) อุณหภูมิการทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นของเหลว – -252.8 °C – เกือบจะต่ำที่สุดในบรรดาก๊าซทั้งหมด (รองจากฮีเลียมเท่านั้น) ไฮโดรเจนเหลวและของแข็งเป็นสารที่เบามากและไม่มีสี

ออกซิเจน- เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น หนักกว่าอากาศเล็กน้อย ที่อุณหภูมิ -182.9 °C จะกลายเป็นของเหลวสีน้ำเงินหนัก ที่อุณหภูมิ -218 °C จะแข็งตัวตามการก่อตัวของผลึก สีฟ้า. โมเลกุลของออกซิเจนเป็นแบบพาราแมกเนติก ซึ่งหมายความว่าออกซิเจนถูกดึงดูดเข้ากับแม่เหล็ก ออกซิเจนละลายในน้ำได้ไม่ดี

ต่างจากไฮโดรเจนซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุลเพียงชนิดเดียว ออกซิเจนแสดงการแบ่งส่วนและสร้างโมเลกุลสองประเภท กล่าวคือ ธาตุออกซิเจนก่อตัวเป็นสารง่าย ๆ สองชนิด: ออกซิเจนและโอโซน

สมบัติทางเคมีและการเตรียมสารเชิงเดี่ยว

ไฮโดรเจน

พันธะในโมเลกุลไฮโดรเจนนั้นเป็นพันธะเดี่ยว แต่เป็นหนึ่งในพันธะเดี่ยวที่แข็งแกร่งที่สุดในธรรมชาติ และการจะสลายมันจึงจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้ ไฮโดรเจนจึงไม่ทำงานอย่างมากที่อุณหภูมิห้อง แต่ด้วย อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (หรือเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา) ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับสารที่เรียบง่ายและซับซ้อนหลายชนิดได้อย่างง่ายดาย

จากมุมมองทางเคมี ไฮโดรเจนถือเป็นอโลหะโดยทั่วไป กล่าวคือ มันสามารถโต้ตอบกับโลหะแอคทีฟเพื่อสร้างไฮไดรด์ได้ โดยจะมีสถานะออกซิเดชันที่ –1 สำหรับโลหะบางชนิด (ลิเธียม แคลเซียม) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นแม้ที่อุณหภูมิห้อง แต่ค่อนข้างช้า ดังนั้นการให้ความร้อนจึงถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์ไฮไดรด์:

,

.

การก่อตัวของไฮไดรด์โดยปฏิกิริยาโดยตรงของสารธรรมดาเกิดขึ้นได้เฉพาะกับโลหะที่ใช้งานอยู่เท่านั้น อะลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนโดยตรงอีกต่อไป ไฮไดรด์ของมันจะได้มาโดยปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน

ไฮโดรเจนยังทำปฏิกิริยากับอโลหะเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น ข้อยกเว้นคือฮาโลเจนคลอรีนและโบรมีน ปฏิกิริยาที่สามารถถูกกระตุ้นโดยแสง:

.

ปฏิกิริยากับฟลูออรีนไม่ต้องการความร้อนเช่นกัน แต่จะระเบิดได้แม้จะเย็นจัดและในความมืดสนิทก็ตาม

ปฏิกิริยากับออกซิเจนเกิดขึ้นตามกลไกลูกโซ่แยกดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและในส่วนผสมของออกซิเจนและไฮโดรเจนในอัตราส่วน 1:2 ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกับการระเบิด (ส่วนผสมดังกล่าวเรียกว่า "ก๊าซระเบิด" ):

.

ปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ดำเนินไปอย่างสงบมากขึ้นโดยแทบไม่เกิดความร้อนเลย:

.

ปฏิกิริยากับไนโตรเจนและไอโอดีนสามารถย้อนกลับได้:

,

.

สถานการณ์นี้ทำให้ยากต่อการได้รับแอมโมเนียในอุตสาหกรรม: กระบวนการนี้ต้องใช้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นเพื่อผสมสมดุลไปสู่การก่อตัวของแอมโมเนีย ไฮโดรเจนไอโอไดด์ไม่ได้เกิดจากการสังเคราะห์โดยตรง เนื่องจากมีอีกมากมายหลายอย่าง วิธีที่สะดวกการสังเคราะห์ของมัน

ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ () แม้ว่าจะทราบสารประกอบของมันก็ตาม

ในการทำปฏิกิริยากับสารเชิงซ้อน ไฮโดรเจนโดยส่วนใหญ่จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ในสารละลาย ไฮโดรเจนสามารถลดโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ (อยู่หลังไฮโดรเจนในชุดแรงดันไฟฟ้า) ออกจากเกลือของพวกมัน:

เมื่อถูกความร้อน ไฮโดรเจนสามารถลดโลหะจำนวนมากจากออกไซด์ของพวกมันได้ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งโลหะมีการใช้งานมากเท่าไร การคืนสภาพก็จะยากขึ้นเท่านั้น และยิ่งต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นตามที่ต้องการ:

.

โลหะที่มีความว่องไวมากกว่าสังกะสีแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการโดยทำปฏิกิริยากับโลหะกับกรดแก่ ที่ใช้กันมากที่สุดคือสังกะสีและกรดไฮโดรคลอริก:

ที่ใช้กันน้อยกว่าคืออิเล็กโทรไลซิสของน้ำเมื่อมีอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น:

ในอุตสาหกรรม ไฮโดรเจนจะได้รับเป็นผลพลอยได้เมื่อผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์:

นอกจากนี้ยังได้ไฮโดรเจนจากการกลั่นน้ำมันอีกด้วย

การผลิตไฮโดรเจนด้วยโฟโตไลซิสของน้ำเป็นวิธีการหนึ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดในอนาคต แต่ในขณะนี้ การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมวิธีนี้เป็นเรื่องยาก

ทำงานกับสื่อจากแหล่งข้อมูลทางการศึกษาอิเล็กทรอนิกส์ งานห้องปฏิบัติการ“การผลิตและคุณสมบัติของไฮโดรเจน” และงานห้องปฏิบัติการ “การลดคุณสมบัติของไฮโดรเจน” ศึกษาหลักการทำงานของอุปกรณ์ Kipp และอุปกรณ์ Kiryushkin ลองนึกถึงว่าในกรณีใดจะสะดวกกว่าในการใช้อุปกรณ์ Kipp และสะดวกกว่าในการใช้อุปกรณ์ Kiryushkin ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติอะไรบ้างในปฏิกิริยา?

ออกซิเจน

พันธะในโมเลกุลออกซิเจนเป็นสองเท่าและแข็งแรงมาก ดังนั้นออกซิเจนจึงค่อนข้างไม่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง แต่เมื่อถูกความร้อนจะเริ่มแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์อย่างแรง

ออกซิเจนทำปฏิกิริยาโดยไม่ให้ความร้อนกับโลหะแอคทีฟ (อัลคาไล อัลคาไลน์เอิร์ธ และแลนทาไนด์บางชนิด):

เมื่อถูกความร้อน ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับโลหะส่วนใหญ่จนเกิดเป็นออกไซด์:

,

,

.

โลหะเงินและโลหะที่มีฤทธิ์น้อยจะไม่ถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจน

ออกซิเจนยังทำปฏิกิริยากับอโลหะส่วนใหญ่เพื่อเกิดออกไซด์:

,

,

.

ปฏิกิริยากับไนโตรเจนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น ประมาณ 2,000 °C

ออกซิเจนไม่ทำปฏิกิริยากับคลอรีน โบรมีน และไอโอดีน แม้ว่าออกไซด์จำนวนมากสามารถได้รับทางอ้อมก็ตาม

ปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับฟลูออรีนสามารถทำได้โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านส่วนผสมของก๊าซ:

.

ออกซิเจน (II) ฟลูออไรด์เป็นสารประกอบที่ไม่เสถียร สลายตัวได้ง่ายและเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงมาก

ในสารละลาย ออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงแม้ว่าจะช้าก็ตาม ตามกฎแล้ว ออกซิเจนส่งเสริมการเปลี่ยนของโลหะไปสู่สถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น:

การมีอยู่ของออกซิเจนมักจะทำให้โลหะที่อยู่ด้านหลังไฮโดรเจนในชุดแรงดันไฟฟ้าละลายในกรด:

เมื่อถูกความร้อน ออกซิเจนสามารถออกซิไดซ์ออกไซด์ของโลหะส่วนล่างได้:

.

ออกซิเจนในอุตสาหกรรมไม่ได้มาจากวิธีทางเคมี แต่ได้มาจากอากาศโดยการกลั่น

ในห้องปฏิบัติการ พวกเขาใช้ปฏิกิริยาการสลายตัวของสารประกอบที่อุดมด้วยออกซิเจน - ไนเตรต, คลอเรต, เปอร์แมงกาเนตเมื่อถูกความร้อน:

คุณยังสามารถรับออกซิเจนได้จากการสลายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์:

นอกจากนี้ ปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสของน้ำข้างต้นสามารถนำมาใช้ในการผลิตออกซิเจนได้

ทำงานกับวัสดุของทรัพยากรการศึกษาอิเล็กทรอนิกส์ งานห้องปฏิบัติการ "การผลิตออกซิเจนและคุณสมบัติของมัน"

วิธีการรวบรวมออกซิเจนที่ใช้ในงานห้องปฏิบัติการชื่ออะไร มีวิธีอื่นใดในการรวบรวมก๊าซและวิธีใดที่เหมาะกับการรวบรวมออกซิเจน?

ภารกิจที่ 1 ชมคลิปวิดีโอ “การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเมื่อถูกความร้อน”

ตอบคำถาม:

1. 1. ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของแข็งใดละลายในน้ำได้
   2. สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตมีสีอะไร?
   3. สารละลายโพแทสเซียมแมงกาเนตมีสีอะไร

เขียนสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ปรับสมดุลโดยใช้วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

พูดคุยเรื่องงานกับครูของคุณในหรือในห้องวิดีโอ

โอโซน.

โมเลกุลของโอโซนเป็นแบบไตรอะตอมและพันธะในนั้นมีความแข็งแรงน้อยกว่าในโมเลกุลออกซิเจน ซึ่งนำไปสู่กิจกรรมทางเคมีของโอโซนมากขึ้น: โอโซนออกซิไดซ์สารหลายชนิดได้อย่างง่ายดายในสารละลายหรือในรูปแบบแห้งโดยไม่ต้องให้ความร้อน:

โอโซนสามารถออกซิไดซ์ไนโตรเจน (IV) ออกไซด์เป็นไนโตรเจน (V) ออกไซด์ได้อย่างง่ายดาย และซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์เป็นซัลเฟอร์ (VI) ออกไซด์โดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา:

โอโซนจะค่อยๆสลายตัวเป็นออกซิเจน:

ใช้ในการผลิตโอโซน อุปกรณ์พิเศษ– เครื่องผลิตโอโซนซึ่งมีการปล่อยแสงผ่านออกซิเจน

ในห้องปฏิบัติการ เพื่อให้ได้โอโซนในปริมาณเล็กน้อย บางครั้งจะใช้ปฏิกิริยาการสลายตัวของสารประกอบเปอร์รอกโซและออกไซด์ที่สูงขึ้นเมื่อได้รับความร้อน:

ทำงานกับวัสดุของทรัพยากรการศึกษาอิเล็กทรอนิกส์ งานห้องปฏิบัติการ “การผลิตโอโซนและการศึกษาคุณสมบัติของโอโซน”

อธิบายว่าเหตุใดสารละลายสีครามจึงเปลี่ยนสี เขียนสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อสารละลายของลีดไนเตรตและโซเดียมซัลไฟด์ผสมกัน และเมื่ออากาศที่มีโอโซนผ่านสารแขวนลอยที่เกิดขึ้น เขียนสมการไอออนิกสำหรับปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ ให้สร้างสมดุลของอิเล็กตรอน

พูดคุยเรื่องงานกับครูของคุณในหรือในห้องวิดีโอ

คุณสมบัติทางเคมีของน้ำ

เพื่อที่จะได้รู้จักกันมากขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพน้ำและความสำคัญของน้ำ ทำงานร่วมกับวัสดุของแหล่งข้อมูลการศึกษาอิเล็กทรอนิกส์ "คุณสมบัติผิดปกติของน้ำ" และ "น้ำเป็นของเหลวที่สำคัญที่สุดบนโลก"

น้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ที่จริงแล้ว สิ่งมีชีวิตจำนวนมากประกอบด้วยน้ำมากกว่าครึ่งหนึ่ง น้ำเป็นหนึ่งในตัวทำละลายที่เป็นสากลมากที่สุด (ที่อุณหภูมิและความดันสูง ความสามารถในการเป็นตัวทำละลายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก) จากมุมมองทางเคมี น้ำคือไฮโดรเจนออกไซด์ในขณะที่เข้ามา สารละลายที่เป็นน้ำมันแยกตัว (แม้ว่าจะเพียงเล็กน้อย) ออกเป็นไอออนบวกของไฮโดรเจนและแอนไอออนของไฮดรอกไซด์:

.

น้ำทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิด น้ำทำปฏิกิริยากับสารออกฤทธิ์ (อัลคาไลน์, อัลคาไลน์เอิร์ท และแลนทาไนด์บางชนิด) โดยไม่ต้องให้ความร้อน:

การโต้ตอบกับสิ่งที่ออกฤทธิ์น้อยกว่าเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน

เคมีทั่วไปและอนินทรีย์

การบรรยายครั้งที่ 6. ไฮโดรเจนและออกซิเจน น้ำ. ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์.

ไฮโดรเจน

อะตอมไฮโดรเจนเป็นวัตถุทางเคมีที่ง่ายที่สุด พูดอย่างเคร่งครัด ไอออนของโปรตอนนั้นง่ายกว่าด้วยซ้ำ อธิบายครั้งแรกในปี ค.ศ. 1766 โดยคาเวนดิช ชื่อจากภาษากรีก “ยีนไฮโดร” – กำเนิดน้ำ

รัศมีของอะตอมไฮโดรเจนอยู่ที่ประมาณ 0.5 * 10-10 ม. และไอออน (โปรตอน) คือ 1.2 * 10-15 ม. หรือตั้งแต่ 17.00 น. ถึง 13.2 * 22.00-15.00 น. หรือตั้งแต่ 50 เมตร (แนวทแยงของ SCA ) สูงถึง 1 มม.

องค์ประกอบ 1 วินาทีถัดไป ลิเธียม เปลี่ยนแปลงเฉพาะเวลา 155 น. ถึง 180 น. สำหรับ Li+ ความแตกต่างในขนาดของอะตอมและแคตไอออน (ขนาด 5 ลำดับความสำคัญ) นั้นไม่เหมือนใคร

เนื่องจากโปรตอนมีขนาดเล็กจึงเกิดการแลกเปลี่ยนกัน พันธะไฮโดรเจนโดยหลักๆ จะอยู่ระหว่างอะตอมของออกซิเจน ไนโตรเจน และฟลูออรีน ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนอยู่ที่ 10-40 กิโลจูล/โมล ซึ่งน้อยกว่าพลังงานแตกหักของพันธะธรรมดาส่วนใหญ่อย่างมาก (100-150 กิโลจูล/โมลในโมเลกุลอินทรีย์) แต่มากกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 370 C (4 กิโลจูล/โมล) เป็นผลให้ในสิ่งมีชีวิต พันธะไฮโดรเจนจะถูกทำลายแบบย้อนกลับได้ เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการสำคัญจะไหลเวียนไป

ไฮโดรเจนละลายที่ 14 K เดือดที่ 20.3 K (ความดัน 1 atm) ความหนาแน่นของไฮโดรเจนเหลวเพียง 71 g/l (เบากว่าน้ำ 14 เท่า)

อะตอมไฮโดรเจนที่ถูกกระตุ้นซึ่งมีการเปลี่ยนผ่านสูงถึง n 733 → 732 ที่มีความยาวคลื่น 18 ม. ถูกค้นพบในสื่อระหว่างดวงดาวที่ทำให้บริสุทธิ์ซึ่งสอดคล้องกับรัศมี Bohr (r = n2 * 0.5 * 10-10 ม.) ของลำดับ 0.1 มม. ( !).

องค์ประกอบที่พบมากที่สุดในอวกาศ (88.6% ของอะตอม, 11.3% ของอะตอมเป็นฮีเลียม และเพียง 0.1% เท่านั้นที่เป็นอะตอมขององค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด)

4 H → 4 He + 26.7 MeV 1 eV = 96.48 กิโลจูล/โมล

เนื่องจากโปรตอนหมุนตัว 1/2 โมเลกุลไฮโดรเจนจึงมีสามรูปแบบ:

ออร์โธไฮโดรเจน o-H2 ที่มีการหมุนของนิวเคลียร์แบบขนาน, พาราไฮโดรเจน p-H2 ด้วย ตรงกันข้ามสปินและ n-H2 ปกติ - ส่วนผสมของออร์โธไฮโดรเจน 75% และพาราไฮโดรเจน 25% ในระหว่างการเปลี่ยนรูป o-H2 → p-H2, 1418 J/mol ถูกปล่อยออกมา

คุณสมบัติของออร์โธ-และพาราไฮโดรเจน

เนื่องจากมวลอะตอมของไฮโดรเจนมีค่าน้อยที่สุด ไอโซโทปของมัน - ดิวทีเรียม D (2 H) และทริเทียม T (3 H) จึงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากโปรเทียม 1 H ทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมี. เช่น การแทนที่ไฮโดรเจนตัวใดตัวหนึ่ง สารประกอบอินทรีย์บนดิวทีเรียมจะสะท้อนให้เห็นอย่างเห็นได้ชัดในสเปกตรัมการสั่นสะเทือน (อินฟราเรด) ซึ่งทำให้สามารถกำหนดโครงสร้างของโมเลกุลที่ซับซ้อนได้ การแทนที่ที่คล้ายกัน (“วิธีอะตอมที่มีป้ายกำกับ”) ยังใช้เพื่อสร้างกลไกของความซับซ้อนอีกด้วย

กระบวนการทางเคมีและชีวเคมี วิธีอะตอมที่ติดแท็กนั้นมีความละเอียดอ่อนเป็นพิเศษเมื่อใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีแทนโปรเทียม (การสลายตัวของ β ครึ่งชีวิต 12.5 ปี)

คุณสมบัติของโปรเทียมและดิวทีเรียม

					ความหนาแน่น กรัม/ลิตร (20 เคลวิน)
วิธีการพื้นฐาน การผลิตไฮโดรเจนในอุตสาหกรรม – การแปลงมีเทน
หรือไฮเดรชั่นของถ่านหินที่อุณหภูมิ 800-11,000 C (ตัวเร่งปฏิกิริยา):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2				สูงกว่า 10,000 องศาเซลเซียส
"ก๊าซน้ำ": C + H2 O = CO + H2
จากนั้นการแปลง CO: CO + H2 O = CO2 + H2						4000 C โคบอลต์ออกไซด์

รวม: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

แหล่งไฮโดรเจนอื่นๆ

ก๊าซเตาอบโค้ก: ไฮโดรเจนประมาณ 55%, มีเทน 25%, ไฮโดรคาร์บอนหนักมากถึง 2%, CO 4-6%, CO2 2%, ไนโตรเจน 10-12%

ไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้:

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

ปล่อยไฮโดรเจนออกมามากถึง 370 ลิตรต่อส่วนผสมพลุไฟ 1 กิโลกรัม

ไฮโดรเจนในรูป สารง่ายๆใช้สำหรับการผลิตแอมโมเนียและไฮโดรจิเนชัน (การชุบแข็ง) ของไขมันพืช เพื่อลดออกไซด์ของโลหะบางชนิด (โมลิบดีนัม ทังสเตน) สำหรับการผลิตไฮไดรด์ (LiH, CaH2,

LiAlH4 ).

เอนทัลปีของปฏิกิริยา: H. + H. = H2 คือ -436 kJ/mol ดังนั้นอะตอมไฮโดรเจนจึงถูกใช้เพื่อสร้าง "เปลวไฟ" ("หัวเผาแลงมัวร์") ที่ลดอุณหภูมิสูง เจ็ตของไฮโดรเจนในส่วนโค้งไฟฟ้าจะถูกทำให้เป็นอะตอมที่ 35,000 C 30% จากนั้นเมื่ออะตอมรวมตัวกันใหม่ก็เป็นไปได้ที่จะมีอุณหภูมิถึง 50,000 C

ไฮโดรเจนเหลวถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในจรวด (ดูออกซิเจน) เชื้อเพลิงที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับการขนส่งภาคพื้นดิน การทดลองกำลังดำเนินการเกี่ยวกับการใช้แบตเตอรี่ไฮโดรเจนเมทัลไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น โลหะผสม LaNi5 สามารถดูดซับไฮโดรเจนได้มากกว่า 1.5-2 เท่าเมื่อเทียบกับที่มีอยู่ในปริมาตรเดียวกัน (เท่ากับปริมาตรของโลหะผสม) ของไฮโดรเจนเหลว

ออกซิเจน

ตามข้อมูลที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในปัจจุบัน ออกซิเจนถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2317 โดยเจ. พรีสต์ลีย์ และเป็นอิสระโดยเค. ชีเลอ ประวัติความเป็นมาของการค้นพบออกซิเจน - ตัวอย่างที่ดีอิทธิพลของกระบวนทัศน์ต่อการพัฒนาวิทยาศาสตร์ (ดูภาคผนวก 1)

เห็นได้ชัดว่ามีการค้นพบออกซิเจนเร็วกว่าวันที่เป็นทางการมาก ในปี 1620 ใครๆ ก็สามารถนั่งเรือดำน้ำในแม่น้ำเทมส์ (ในแม่น้ำเทมส์) ซึ่งออกแบบโดย Cornelius van Drebbel เรือเคลื่อนตัวใต้น้ำได้ด้วยความพยายามของฝีพายหลายสิบคน ตามที่ผู้เห็นเหตุการณ์หลายคนระบุว่าผู้ประดิษฐ์เรือดำน้ำประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาการหายใจด้วยการ "ทำให้อากาศสดชื่น" ในนั้น ทางเคมี. Robert Boyle เขียนในปี 1661: “... นอกจากนี้ การออกแบบทางกลเรือที่นักประดิษฐ์มี สารละลายเคมี(สุรา) ซึ่งเขา

ถือว่าเป็นความลับหลักของการดำน้ำ และครั้นรู้อยู่บ้างว่าอากาศส่วนหนึ่งที่เหมาะกับการหายใจได้หมดลงแล้ว และทำให้คนในเรือหายใจลำบากขึ้น พระองค์ก็ทรงสามารถเปิดจุกภาชนะที่เต็มไปด้วยสารละลายนี้ขึ้นมาเติมใหม่ได้อย่างรวดเร็ว อากาศที่มีส่วนสำคัญมากจนสามารถหายใจได้เป็นเวลานานพอสมควรอีกครั้ง”

คนที่มีสุขภาพดีในสภาวะสงบจะสูบอากาศเข้าปอดประมาณ 7,200 ลิตรต่อวัน โดยรับออกซิเจน 720 ลิตรที่ไม่สามารถเพิกถอนได้ ในห้องปิดที่มีปริมาตร 6 ลบ.ม. บุคคลสามารถอยู่รอดได้โดยไม่ต้องระบายอากาศได้นานถึง 12 ชั่วโมง และด้วย งานทางกายภาพ 3-4 ชม. สาเหตุหลักของการหายใจลำบากไม่ใช่การขาดออกซิเจนแต่เป็น การสะสมคาร์บอนไดออกไซด์จาก 0.3 ถึง 2.5%

เป็นเวลานานวิธีหลักในการผลิตออกซิเจนคือวัฏจักร “แบเรียม” (การผลิตออกซิเจนโดยใช้วิธีบรีน):

BaSO4 -t- → เบ้า + SO3;

5,000 องศาเซลเซียส ->

บาโอ + 0.5 O2 ====== บาโอ2<- 7000 C

วิธีแก้ปัญหาลับของ Drebbel อาจเป็นสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

การรับออกซิเจนโดยการเผาไหม้ส่วนผสมไพโรไลซิส: NaClO3 = NaCl + 1.5 O2 + 50.5 kJ

ส่วนผสมประกอบด้วย NaClO3 สูงถึง 80%, ผงเหล็กสูงถึง 10%, แบเรียมเปอร์ออกไซด์ 4% และใยแก้ว

โมเลกุลของออกซิเจนเป็นแบบพาราแมกเนติก (ในทางปฏิบัติเป็นแบบไบราดิคัล) ดังนั้นกิจกรรมของมันจึงสูง สารอินทรีย์ในอากาศจะถูกออกซิไดซ์ผ่านขั้นตอนการเกิดเปอร์ออกไซด์

ออกซิเจนละลายที่ 54.8 K และเดือดที่ 90.2 K

การปรับเปลี่ยนองค์ประกอบออกซิเจนแบบ allotropic คือสารโอโซน O3 การปกป้องโอโซนทางชีวภาพของโลกมีความสำคัญอย่างยิ่ง ที่ระดับความสูง 20-25 กม. จะเกิดความสมดุล:

ยูวี<280 нм		ยูวี 280-320 นาโนเมตร
O2 ----> 2 โอ*	O* + O2 + M --> O3	O3-------	> O2 + โอ
	(ม – N2, อาร์)

ในปี 1974 พบว่าอะตอมคลอรีนซึ่งก่อตัวจากฟรีออนที่ระดับความสูงมากกว่า 25 กม. เร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของโอโซน ราวกับเข้ามาแทนที่รังสีอัลตราไวโอเลต "โอโซน" รังสียูวีนี้สามารถทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้ (มากถึง 600,000 รายต่อปีในสหรัฐอเมริกา) การห้ามใช้ฟรีออนในกระป๋องสเปรย์มีผลบังคับใช้ในสหรัฐอเมริกามาตั้งแต่ปี 1978

ตั้งแต่ปี 1990 รายการสารต้องห้าม (ใน 92 ประเทศ) ได้รวม CH3 CCl3, CCl4 และไฮโดรคาร์บอนคลอโรโบรมิเนต - การผลิตจะยุติลงภายในปี 2000

การเผาไหม้ของไฮโดรเจนในออกซิเจน

ปฏิกิริยานี้ซับซ้อนมาก (แผนการในการบรรยายที่ 3) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเป็นเวลานานก่อนที่จะนำไปใช้จริง

เมื่อวันที่ 21 กรกฎาคม พ.ศ. 2512 เอ็น. อาร์มสตรอง มนุษย์โลกคนแรกได้เดินบนดวงจันทร์ เครื่องยิงจรวด Saturn 5 (ออกแบบโดย Wernher von Braun) ประกอบด้วยสามขั้นตอน อันแรกประกอบด้วยน้ำมันก๊าดและออกซิเจน ส่วนอันที่สองและสามประกอบด้วยไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจน ปริมาณ O2 และ H2 เหลวรวม 468 ตัน มีการเปิดตัวที่ประสบความสำเร็จ 13 ครั้ง

ตั้งแต่เดือนเมษายน พ.ศ. 2524 กระสวยอวกาศได้บินในสหรัฐอเมริกา: O2 และ H2 เหลว 713 ตัน รวมถึงเครื่องเร่งเชื้อเพลิงแข็งสองตัว ตัวละ 590 ตัน (มวลรวม เชื้อเพลิงแข็ง 987 ตัน) การปีน 40 กม. แรกสู่ TTU จาก 40 ถึง 113 กม. เครื่องยนต์ทำงานโดยใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจน

15 พฤษภาคม พ.ศ. 2530 การเปิดตัว "Energia" ครั้งแรก 15 พฤศจิกายน พ.ศ. 2531 เที่ยวบินแรกและครั้งเดียวของ "Buran" น้ำหนักเปิดตัว 2,400 ตัน น้ำหนักเชื้อเพลิง (น้ำมันก๊าดใน

ช่องข้างถัง O2 และ H2 ของเหลว) 2,000 ตัน กำลังเครื่องยนต์ 125,000 MW น้ำหนักบรรทุก 105 ตัน

การเผาไหม้ไม่ได้ถูกควบคุมและประสบความสำเร็จเสมอไป

ในปี พ.ศ. 2479 เรือเหาะไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก LZ-129 Hindenburg ได้ถูกสร้างขึ้น ปริมาตร 200,000 ลบ.ม. ยาวประมาณ 250 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 41.2 ม. ความเร็ว 135 กม./ชม. ด้วยเครื่องยนต์ 4 เครื่อง 1100 แรงม้า น้ำหนักบรรทุก 88 ตัน เรือเหาะทำการบิน 37 เที่ยวข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกและบรรทุกผู้โดยสารมากกว่า 3,000 คน

เมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม พ.ศ. 2480 ขณะเทียบท่าที่สหรัฐอเมริกา เรือเหาะเกิดระเบิดและไหม้ หนึ่งใน เหตุผลที่เป็นไปได้– การก่อวินาศกรรม

เมื่อวันที่ 28 มกราคม พ.ศ. 2529 ในวินาทีที่ 74 ของการบิน ผู้ท้าชิงได้ระเบิดพร้อมกับนักบินอวกาศ 7 คน ซึ่งเป็นการบินครั้งที่ 25 ของระบบกระสวยอวกาศ เหตุผลก็คือข้อบกพร่องในตัวเร่งเชื้อเพลิงแข็ง

สาธิต:

การระเบิดของก๊าซระเบิด (ส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจน)

เซลล์เชื้อเพลิง

ในทางเทคนิค ตัวเลือกที่สำคัญปฏิกิริยาการเผาไหม้นี้เป็นการแบ่งกระบวนการออกเป็นสองส่วน:

อิเล็กโทรออกซิเดชันของไฮโดรเจน (แอโนด): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

การลดออกซิเจนด้วยไฟฟ้า (แคโทด): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

ระบบที่ “การเผาไหม้” ดังกล่าวเกิดขึ้นก็คือ เซลล์เชื้อเพลิง. ประสิทธิภาพนั้นสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมากเนื่องจากไม่มี

ขั้นตอนพิเศษของการสร้างความร้อน ประสิทธิภาพสูงสุด = ∆ G/∆ H; สำหรับการเผาไหม้ของไฮโดรเจนจะเป็น 94%

ผลกระทบนี้เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2382 แต่มีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 ในอวกาศ ("ราศีเมถุน", "อพอลโล", "รถรับส่ง" - สหรัฐอเมริกา, "บูราน" - สหภาพโซเวียต)

อนาคตสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง (17)

ตัวแทนของ Ballard Power Systems กล่าวในการประชุมทางวิทยาศาสตร์ในกรุงวอชิงตัน เน้นย้ำว่าเครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงจะสามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์เมื่อมีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์หลัก 4 ประการ ได้แก่ การลดต้นทุนของพลังงานที่สร้างขึ้น เพิ่มความทนทาน ลดขนาดของการติดตั้ง และ ความสามารถในการออกสตาร์ทอย่างรวดเร็วในสภาพอากาศหนาวเย็น . ต้นทุนพลังงานหนึ่งกิโลวัตต์ที่เกิดจากการติดตั้งเซลล์เชื้อเพลิงควรลดลงเหลือ 30 ดอลลาร์ เพื่อการเปรียบเทียบ ในปี 2547 ตัวเลขเดียวกันคือ 103 ดอลลาร์ และในปี 2548 คาดว่าจะสูงถึง 80 ดอลลาร์ เพื่อให้บรรลุราคานี้จำเป็นต้องผลิตเครื่องยนต์อย่างน้อย 500,000 เครื่องยนต์ต่อปี นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรประมัดระวังในการพยากรณ์มากขึ้นและเชื่อว่าการใช้เชื้อเพลิงในเชิงพาณิชย์ ธาตุไฮโดรเจนในอุตสาหกรรมยานยนต์จะเริ่มดำเนินการไม่ช้ากว่าปี 2563