Oksijen, Dünya'da en çok bulunan elementtir. Azot ve az miktarda diğer gazlarla birlikte, serbest oksijen Dünya'nın atmosferini oluşturur. Havadaki içeriği hacimce %20.95 veya kütlece %23.15'tir. Yerkabuğundaki atomların %58'i bağlı oksijen atomlarıdır (kütlece %47). Oksijen, suyun (hidrosferdeki bağlı oksijen rezervleri son derece büyüktür), kayaların, birçok mineralin ve tuzun bir parçasıdır ve canlı organizmaları oluşturan yağlarda, proteinlerde ve karbonhidratlarda bulunur. Yeryüzündeki serbest oksijenin neredeyse tamamı fotosentez sürecinin bir sonucu olarak yaratılır ve depolanır.

fiziki ozellikleri.

Oksijen, havadan biraz daha ağır, renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır. Suda az çözünür (20 derecede 1 litre suda 31 ml oksijen çözünür), ancak yine de diğer atmosferik gazlardan daha iyidir, bu nedenle su oksijen açısından zengindir. Normal koşullar altında oksijenin yoğunluğu 1.429 g/l'dir. -183 0 C sıcaklıkta ve 101.325 kPa basınçta oksijen sıvı hale geçer. Sıvı oksijen mavimsi bir renge sahiptir, manyetik alana çekilir ve -218,7 °C'de mavi kristaller oluşturur.

Doğal oksijenin O 16, O 17, O 18 olmak üzere üç izotopu vardır.

allotropi- kimyasal bir elementin, yalnızca moleküldeki atom sayısı veya yapı bakımından farklılık gösteren iki veya daha fazla basit madde biçiminde var olma yeteneği.

Ozon O 3 - Dünya yüzeyinden 20-25 km yükseklikte üst atmosferde bulunur ve Dünya'yı Güneş'in zararlı ultraviyole radyasyonundan koruyan sözde "ozon tabakasını" oluşturur; belirli, keskin ama hoş bir kokuya sahip büyük miktarlarda soluk mor, zehirli gaz. Erime noktası -192.7 0 C, kaynama noktası -111.9 0 C'dir. Suda oksijenden daha iyi çözünelim.

Ozon güçlü bir oksitleyici ajandır. Oksitleyici aktivitesi, molekülün atomik oksijenin salınmasıyla ayrışma yeteneğine dayanır:

Birçok basit ve karmaşık maddeyi oksitler. Potasyum ozonit gibi bazı metallerle ozonitler oluşturur:

K + O 3 \u003d KO 3

Ozon, özel cihazlarda - ozonizörlerde elde edilir. İçlerinde, bir elektrik boşalmasının etkisi altında, moleküler oksijen ozona dönüştürülür:

Yıldırım deşarjlarının etkisi altında da benzer bir reaksiyon meydana gelir.

Ozonun kullanımı, güçlü oksitleyici özelliklerinden kaynaklanmaktadır: kumaşları ağartmak, içme suyunu dezenfekte etmek ve tıpta dezenfektan olarak kullanılır.

Ozonun büyük miktarlarda solunması zararlıdır: gözlerin ve solunum organlarının mukoza zarlarını tahriş eder.

Kimyasal özellikler.

Diğer elementlerin atomlarıyla (flor hariç) kimyasal reaksiyonlarda, oksijen yalnızca oksitleyici özellikler sergiler.

En önemli kimyasal özelliği, hemen hemen tüm elementlerle oksit oluşturma yeteneğidir. Aynı zamanda oksijen, özellikle ısıtıldığında çoğu madde ile doğrudan reaksiyona girer.

Bu reaksiyonların bir sonucu olarak, kural olarak, oksitler, daha az sıklıkla peroksitler oluşur:

2Ca + O2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O2 \u003d Na202

Oksijen, halojenler, altın, platin ile doğrudan etkileşime girmez, oksitleri dolaylı olarak elde edilir. Isıtıldığında oksijende kükürt, karbon, fosfor yanar.

Oksijenin nitrojen ile etkileşimi yalnızca 1200 0 C sıcaklıkta veya elektrik boşalmasında başlar:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Oksijen hidrojenle birleşerek su oluşturur:

2H2 + O2 \u003d 2H2O

Bu reaksiyon sırasında önemli miktarda ısı açığa çıkar.

İki hacim hidrojen ve bir oksijen karışımı ateşlendiğinde patlar; patlayıcı gaz denir.

Atmosferik oksijenle temas halinde olan birçok metal yıkıma uğrar - korozyon. Normal şartlar altında bazı metaller sadece yüzeyden oksitlenir (örneğin, alüminyum, krom). Ortaya çıkan oksit filmi, daha fazla etkileşimi önler.

4Al + 3O2 \u003d 2Al2O3

Belirli koşullar altında karmaşık maddeler de oksijenle etkileşime girer. Bu durumda oksitler ve bazı durumlarda oksitler ve basit maddeler oluşur.

CH 4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H20

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

4NH3 + ZO2 \u003d 2N2 + 6H2O

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

Oksijen, karmaşık maddelerle etkileşime girdiğinde oksitleyici bir madde görevi görür. Önemli özelliği, oksijenin oksidatif aktivitesine dayanmaktadır - sürdürme yeteneği yanma maddeler.

Oksijen ayrıca hidrojen - hidrojen peroksit H202 ile bir bileşik oluşturur - suda oldukça çözünür, yanan büzücü bir tada sahip renksiz şeffaf bir sıvı. Kimyasal olarak hidrojen peroksit çok ilginç bir bileşiktir. Düşük stabilitesi karakteristiktir: ayakta dururken yavaşça su ve oksijene ayrışır:

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

Işık, ısı, alkalilerin varlığı, oksitleyici veya indirgeyici maddelerle temas bozunma sürecini hızlandırır. Oksijenin hidrojen peroksit içindeki oksidasyon derecesi = - 1, yani. oksijenin sudaki (-2) oksidasyon durumu ile moleküler oksijendeki (0) arasında bir ara değere sahiptir, bu nedenle hidrojen peroksit redoks ikiliği sergiler. Hidrojen peroksitin oksitleyici özellikleri indirgeyici özelliklerinden çok daha belirgindir ve asidik, alkali ve nötr ortamlarda görülürler.

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

Hidrojen H, Evrendeki en yaygın elementtir (kütlece yaklaşık %75), Dünya'da en yaygın dokuzuncu elementtir. En önemli doğal hidrojen bileşiği sudur.
Periyodik tabloda hidrojen ilk sırada yer alır (Z = 1). Bir atomun en basit yapısına sahiptir: Bir atomun çekirdeği 1 elektrondan oluşan bir elektron bulutu ile çevrili 1 protondur.
Bazı koşullar altında, hidrojen metalik özellikler sergiler (bir elektron verir), diğerlerinde - metalik değildir (bir elektron alır).
Hidrojen izotopları doğada bulunur: 1H - protium (çekirdek bir protondan oluşur), 2H - döteryum (D - çekirdek bir proton ve bir nötrondan oluşur), 3H - trityum (T - çekirdek bir proton ve ikiden oluşur) nötronlar).

Basit madde hidrojen

Hidrojen molekülü, polar olmayan bir kovalent bağ ile bağlanmış iki atomdan oluşur.
fiziki ozellikleri. Hidrojen renksiz, toksik olmayan, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Hidrojen molekülü polar değildir. Bu nedenle, gaz halindeki hidrojende moleküller arası etkileşim kuvvetleri küçüktür. Bu, düşük kaynama noktalarında (-252.6 0С) ve erime noktalarında (-259.2 0С) kendini gösterir.
Hidrojen havadan daha hafiftir, D (havada) = 0,069; suda az çözünür (2 hacim H2, 100 hacim H2O'da çözünür). Bu nedenle hidrojen laboratuvarda üretildiğinde hava veya su yer değiştirme yöntemleriyle toplanabilir.

Hidrojen elde etmek

laboratuvarda:

1. Seyreltik asitlerin metaller üzerindeki etkisi:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Alkali ve alkali metallerin su ile etkileşimi:
Ca + 2H2O → Ca (OH)2 + H2

3. Hidritlerin hidrolizi: metal hidritler, karşılık gelen alkali ve hidrojen oluşumu ile su ile kolayca ayrışır:
NaH + H20 → NaOH + H2
CaH 2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2

4. Alkalilerin çinko, alüminyum veya silikon üzerindeki etkisi:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2
Zn + 2KOH + 2H2O → K2 + H2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Su elektrolizi. Suyun elektriksel iletkenliğini arttırmak için, örneğin NaOH, H2S04 veya Na2S04 gibi bir elektrolit eklenir. Katotta 2 hacim hidrojen, anotta - 1 hacim oksijen oluşur.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Endüstriyel hidrojen üretimi

1. Metanın buharla dönüştürülmesi, Ni 800 °C (en ucuz):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H2O → CO2 + H2

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

2. 1000 o C'de sıcak kokun içinden geçen su buharı:
C + H 2 Ö → CO + H 2
CO + H2O → CO2 + H2

Elde edilen karbon monoksit (IV) su tarafından emilir, bu şekilde endüstriyel hidrojenin %50'si elde edilir.

3. Metanı bir demir veya nikel katalizörü varlığında 350°C'ye ısıtarak:
CH 4 → C + 2H 2

4. Yan ürün olarak sulu KCl veya NaCl çözeltilerinin elektrolizi:
2H 2 O + 2NaCl → Cl2 + H2 + 2NaOH

Hidrojenin kimyasal özellikleri

Bileşiklerde, hidrojen her zaman tek değerlidir. +1 oksidasyon durumuna sahiptir, ancak metal hidritlerde -1'dir.
Hidrojen molekülü iki atomdan oluşur. Aralarında bir bağın ortaya çıkışı, genelleştirilmiş bir elektron çifti H: H veya H2 oluşumu ile açıklanır.
Elektronların bu genelleştirilmesinden dolayı, H2 molekülü enerjisel olarak kendi atomlarından daha kararlıdır. 1 mol hidrojende bir molekülü atomlarına ayırmak için 436 kJ enerji harcamak gerekir: H 2 \u003d 2H, ∆H ° \u003d 436 kJ / mol
Bu, normal sıcaklıkta moleküler hidrojenin nispeten düşük aktivitesini açıklar.
Birçok ametal ile hidrojen, RN 4, RN 3, RN 2, RN gibi gazlı bileşikler oluşturur.

1) Halojenlerle hidrojen halojenürler oluşturur:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Aynı zamanda flor ile patlar, klor ve brom ile sadece aydınlatıldığında veya ısıtıldığında ve iyot ile sadece ısıtıldığında reaksiyona girer.

2) Oksijen ile:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ısı tahliyesi ile. Sıradan sıcaklıklarda, reaksiyon yavaşça, 550 ° C'nin üzerinde - bir patlama ile ilerler. 2 hacim H2 ve 1 hacim O2 karışımına patlayıcı gaz denir.

3) Isıtıldığında kükürt ile şiddetli reaksiyona girer (selenyum ve tellür ile çok daha zor):
H 2 + S → H 2 S (hidrojen sülfit),

4) Sadece katalizör üzerinde ve yüksek sıcaklık ve basınçlarda amonyak oluşumu ile nitrojen ile:
ZN2 + N2 → 2NH3

5) Yüksek sıcaklıklarda karbon ile:
2H2 + C → CH4 (metan)

6) Alkali ve toprak alkali metallerle hidritler oluşturur (hidrojen oksitleyici bir maddedir):
H 2 + 2Li → 2LiH
metal hidritlerde, hidrojen iyonu negatif yüklüdür (yükseltgenme durumu -1), yani hidrit Na + H - klorür Na + Cl gibi inşa edilmiştir -

Karmaşık maddelerle:

7) Metal oksitlerle (metalleri eski haline getirmek için kullanılır):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) karbon monoksit (II) ile:
CO + 2H2 → CH3OH
Sentez - gaz (bir hidrojen ve karbon monoksit karışımı) büyük pratik öneme sahiptir, çünkü sıcaklığa, basınca ve katalizöre bağlı olarak çeşitli organik bileşikler oluşur, örneğin HCHO, CH3OH ve diğerleri.

9) Doymamış hidrokarbonlar hidrojenle reaksiyona girerek doymuş hale gelir:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

Oksijen yeryüzünde en bol bulunan elementlerden biridir. Gezegenin dış kabuğu olan yerkabuğunun ağırlığının yaklaşık yarısını oluşturur. Hidrojen ile birlikte, dünya yüzeyinin üçte ikisinden fazlasını kaplayan suyu oluşturur.

Oksijeni göremiyoruz, tadamıyor veya koklayamıyoruz. Ancak havanın beşte birini oluşturur ve yaşamsaldır. Yaşamak için hayvanlar ve bitkiler gibi bizler de nefes almalıyız.

Oksijen, canlı bir organizmanın herhangi bir mikroskobik hücresinin içinde meydana gelen, bunun sonucunda besinlerin parçalandığı ve yaşam için gerekli enerjinin açığa çıktığı kimyasal reaksiyonların vazgeçilmez bir katılımcısıdır. Bu nedenle oksijen her canlı için çok gereklidir (birkaç mikrop türü hariç).

Yandığında, maddeler oksijenle birleşerek ısı ve ışık şeklinde enerji açığa çıkarır.

Hidrojen

Evrendeki en yaygın element hidrojen. Çoğu yıldızın büyük kısmını oluşturur. Yeryüzünde, hidrojenin çoğu (kimyasal sembol H), suyu (H20) oluşturmak için oksijene (O) bağlıdır. Hidrojen, en basit ve en hafif kimyasal elementtir, çünkü atomlarının her biri yalnızca bir proton ve bir elektrondan oluşur.

20. yüzyılın başında hava gemileri ve büyük uçaklar hidrojenle dolduruldu. Bununla birlikte, hidrojen çok yanıcıdır. Yangınların neden olduğu birkaç felaketten sonra, hava gemilerinde artık hidrojen kullanılmıyordu. Bugün havacılıkta başka bir hafif gaz kullanılmaktadır - yanıcı olmayan helyum.

Hidrojen, hidrokarbon adı verilen maddeleri oluşturmak için karbonla birleşir. Bunlar, gaz halindeki propan ve bütan veya sıvı benzin gibi doğal gaz ve ham petrolden türetilen ürünleri içerir. Hidrojen ayrıca karbonhidrat oluşturmak için karbon ve oksijen ile birleşir. Patates ve pirinçteki nişasta ve pancardaki şeker karbonhidrattır.

Güneş ve diğer yıldızlar çoğunlukla hidrojenden oluşur. Yıldızın merkezinde, korkunç sıcaklıklar ve basınçlar hidrojen atomlarını birbirleriyle birleşmeye ve başka bir gaz olan helyuma dönüşmeye zorlar. Bu, ısı ve ışık şeklinde büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

dersin amacı. Bu derste, dünyadaki yaşam için belki de en önemli kimyasal elementler olan hidrojen ve oksijen hakkında bilgi edinecek, bunların kimyasal özelliklerini ve oluşturdukları basit maddelerin fiziksel özelliklerini öğrenecek, oksijenin rolü ve oksijenin rolü hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz. Doğada hidrojen ve yaşam insanı.

Hidrojen evrende en çok bulunan elementtir. Oksijen yeryüzünde en çok bulunan elementtir. Birlikte, insan vücudunun kütlesinin yarısından fazlasını oluşturan bir madde olan suyu oluştururlar. Oksijen solumamız gereken gazdır ve su olmadan birkaç gün bile yaşayamayız, bu nedenle oksijen ve hidrojen şüphesiz yaşam için gerekli olan en önemli kimyasal elementler olarak kabul edilebilir.

Hidrojen ve oksijen atomlarının yapısı

Böylece, hidrojen metalik olmayan özellikler sergiler. Doğada, hidrojen üç izotop, protium, döteryum ve trityum şeklinde oluşur, hidrojen izotopları fiziksel özelliklerde birbirinden çok farklıdır, bu nedenle onlara ayrı ayrı semboller atanır.

İzotopların ne olduğunu hatırlamıyorsanız veya bilmiyorsanız, "Bir kimyasal elementin atom çeşitleri olarak izotoplar" elektronik eğitim kaynağının materyalleriyle çalışın. İçinde, bir elementin izotoplarının birbirinden nasıl farklı olduğunu, bir elementte birkaç izotopun varlığının neye yol açtığını öğrenecek ve ayrıca birkaç elementin izotoplarını tanıyacaksınız.

Böylece, oksijenin olası oksidasyon durumları -2 ile +2 arasındaki değerlerle sınırlıdır. Oksijen iki elektron alırsa (anyon haline gelir) veya daha az elektronegatif elementle iki kovalent bağ oluşturursa, -2 oksidasyon durumuna geçer. Oksijen, başka bir oksijen atomuyla ve ikincisi daha az elektronegatif bir elementin atomuyla bir bağ oluşturursa, -1 oksidasyon durumuna geçer. Flor (daha yüksek elektronegatiflik değerine sahip tek element) ile iki kovalent bağ oluşturarak, oksijen +2 oksidasyon durumuna geçer. Başka bir oksijen atomuyla ve ikincisi bir flor atomuyla bir bağ oluşturmak - +1. Son olarak, oksijen daha az elektronegatif bir atomla bir bağ ve flor ile ikinci bir bağ oluşturursa, oksidasyon durumu 0 olacaktır.

Hidrojen ve oksijenin fiziksel özellikleri, oksijenin allotropisi

Hidrojen- tadı ve kokusu olmayan renksiz gaz. Çok hafif (havadan 14,5 kat daha hafif). Hidrojen sıvılaştırma sıcaklığı - -252.8 ° C - neredeyse tüm gazlar arasında en düşüktür (yalnızca helyumdan sonra ikinci). Sıvı ve katı hidrojen çok hafif, renksiz maddelerdir.

Oksijen Renksiz, kokusuz, tatsız, havadan biraz daha ağır bir gazdır. -182.9 °C'de ağır mavi bir sıvıya dönüşür, -218 °C'de mavi kristallerin oluşumu ile katılaşır. Oksijen molekülleri paramanyetiktir, yani oksijen bir mıknatıs tarafından çekilir. Oksijen suda az çözünür.

Yalnızca bir tür molekül oluşturan hidrojenin aksine, oksijen allotropi sergiler ve iki tür molekül oluşturur, yani oksijen elementi iki basit madde oluşturur: oksijen ve ozon.

Kimyasal özellikler ve basit maddelerin elde edilmesi

Hidrojen.

Hidrojen molekülündeki bağ tektir ancak doğadaki en güçlü tekli bağlardan biridir ve onu kırmak çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle hidrojen oda sıcaklığında çok inaktiftir, ancak sıcaklık yükseldiğinde ( veya bir katalizör varlığında), hidrojen birçok basit ve karmaşık madde ile kolayca etkileşime girer.

Hidrojen, kimyasal açıdan tipik bir ametaldir. Yani, -1 oksidasyon durumu sergilediği hidritler oluşturmak için aktif metallerle etkileşime girebilir. Bazı metallerle (lityum, kalsiyum), etkileşim oda sıcaklığında bile ilerler, ancak oldukça yavaştır, bu nedenle hidritlerin sentezinde ısıtma kullanılır:

Basit maddelerin doğrudan etkileşimi ile hidrit oluşumu sadece aktif metaller için mümkündür. Zaten alüminyum doğrudan hidrojen ile etkileşime girmez, hidrürü değişim reaksiyonları ile elde edilir.

Hidrojen ayrıca sadece ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer. İstisnalar, reaksiyonu ışıkla indüklenebilen halojenler klor ve bromdur:

Flor ile reaksiyon ayrıca ısıtma gerektirmez, güçlü soğutma ve mutlak karanlıkta bile patlama ile ilerler.

Oksijen ile reaksiyon dallı zincir mekanizmasına göre ilerler, bu nedenle reaksiyon hızı hızla artar ve 1: 2 oranında oksijen ve hidrojen karışımında reaksiyon bir patlama ile ilerler (böyle bir karışıma "patlayıcı gaz" denir). "):

Kükürt ile reaksiyon, çok az ısı salınımı ile veya hiç ısı salınımı olmadan çok daha sessiz ilerler:

Azot ve iyot ile reaksiyonlar tersinir şekilde ilerler:

Bu durum, endüstride amonyak üretimini büyük ölçüde karmaşıklaştırır: işlem, dengeyi amonyak oluşumu yönünde karıştırmak için yüksek basınç kullanılmasını gerektirir. Hidrojen iyot, doğrudan sentez yoluyla elde edilmez, çünkü sentezi için çok daha uygun birkaç yöntem vardır.

Hidrojen, onlarla olan bileşikleri bilinmesine rağmen, düşük aktif metal olmayanlarla () doğrudan reaksiyona girmez.

Karmaşık maddelerle reaksiyonlarda, çoğu durumda hidrojen bir indirgeyici ajan olarak işlev görür. Çözeltilerde hidrojen, düşük aktif metalleri (voltaj dizisinde hidrojenden sonra bulunur) tuzlarından indirgeyebilir:

Hidrojen ısıtıldığında birçok metali oksitlerinden indirgeyebilir. Ayrıca, metal ne kadar aktifse, onu eski haline getirmek o kadar zor ve bunun için gereken sıcaklık o kadar yüksek:

Çinkodan daha aktif olan metallerin hidrojenle indirgenmesi neredeyse imkansızdır.

Hidrojen, laboratuvarda metallerin güçlü asitlerle reaksiyona girmesiyle üretilir. En sık kullanılan çinko ve hidroklorik asit:

Güçlü elektrolitlerin varlığında suyun daha az yaygın olarak kullanılan elektrolizi:

Endüstride, bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi ile kostik soda üretiminde bir yan ürün olarak hidrojen üretilir:

Ayrıca petrolün rafine edilmesi sırasında hidrojen elde edilir.

Suyun fotolizi ile hidrojen üretimi, gelecekte en umut verici yöntemlerden biridir, ancak şu anda bu yöntemin endüstriyel uygulaması zordur.

Elektronik eğitim kaynaklarının materyalleri ile çalışın Laboratuar çalışması "Hidrojenin elde edilmesi ve özellikleri" ve Laboratuar çalışması "Hidrojenin indirgeme özellikleri". Kipp aparatının ve Kiryushkin aparatının çalışma prensibini öğrenin. Hangi durumlarda Kipp aparatını kullanmanın daha uygun olduğunu ve hangi durumlarda - Kiryushkin'i düşünün. Hidrojen reaksiyonlarda hangi özellikleri sergiler?

Oksijen.

Oksijen molekülündeki bağ çift ve çok güçlüdür. Bu nedenle, oksijen oda sıcaklığında oldukça inaktiftir. Ancak ısıtıldığında güçlü oksitleyici özellikler sergilemeye başlar.

Oksijen, aktif metallerle (alkali, toprak alkali ve bazı lantanitler) ısınmadan reaksiyona girer:

Oksijen ısıtıldığında çoğu metalle reaksiyona girerek oksit oluşturur:

Gümüş ve daha az aktif metaller oksijen tarafından oksitlenmez.

Oksijen ayrıca oksit oluşturmak için çoğu metal olmayanla reaksiyona girer:

Azotla etkileşim yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda, yaklaşık 2000 °C'de meydana gelir.

Oksijen, klor, brom ve iyot ile reaksiyona girmez, ancak oksitlerinin çoğu dolaylı olarak elde edilebilir.

Oksijenin flor ile etkileşimi, bir gaz karışımından bir elektrik boşalması geçirilerek gerçekleştirilebilir:

Oksijen(II) florür kararsız bir bileşiktir, kolayca ayrışır ve çok güçlü bir oksitleyici maddedir.

Solüsyonlarda oksijen, yavaş da olsa güçlü bir oksitleyici ajandır. Kural olarak oksijen, metallerin daha yüksek oksidasyon durumlarına geçişini teşvik eder:

Oksijenin varlığı genellikle voltaj serisinde hidrojenden hemen sonra bulunan metallerin asitlerde çözünmesini mümkün kılar:

Oksijen ısıtıldığında alt metal oksitleri okside edebilir:

Oksijen sanayide kimyasal olarak elde edilmez, havadan damıtma yoluyla elde edilir.

Laboratuvar, ısıtıldığında oksijen açısından zengin bileşiklerin - nitratlar, kloratlar, permanganatlar - ayrışma reaksiyonlarını kullanır:

Hidrojen peroksitin katalitik ayrışmasıyla da oksijen elde edebilirsiniz:

Ek olarak, oksijen üretmek için yukarıdaki su elektroliz reaksiyonu kullanılabilir.

Elektronik eğitim kaynağının materyalleri ile çalışın Laboratuar çalışması "Oksijen üretimi ve özellikleri."

Laboratuvar çalışmalarında kullanılan oksijen toplama yönteminin adı nedir? Başka hangi gaz toplama yolları vardır ve hangileri oksijen toplamak için uygundur?

Görev 1. "Isıtıldığında potasyum permanganatın ayrışması" video klibini izleyin.

Soruları cevapla:

1. Reaksiyonun katı ürünlerinden hangisi suda çözünür?
2. Potasyum permanganat çözeltisi ne renktir?
3. Potasyum manganat çözeltisinin rengi nedir?

Devam eden reaksiyonlar için denklemleri yazın. Elektronik denge yöntemini kullanarak bunları eşitleyin.

Video odasında veya üzerinde öğretmenle görevi tartışın.

Ozon.

Ozon molekülü triatomiktir ve içindeki bağlar oksijen molekülündekinden daha az güçlüdür, bu da ozonun daha büyük bir kimyasal aktivitesine yol açar: ozon birçok maddeyi çözelti halinde veya kuru halde ısıtmadan kolayca oksitler:

Ozon, nitrik oksidi (IV) nitrik okside (V) ve kükürt oksidi (IV) kükürt okside (VI) katalizör olmadan kolayca oksitleyebilir:

Ozon kademeli olarak oksijen oluşturmak için ayrışır:

Ozon üretmek için özel cihazlar kullanılır - oksijenden bir parıltı deşarjının geçtiği ozonizörler.

Laboratuvarda, küçük miktarlarda ozon elde etmek için, ısıtıldığında bazen perokso bileşiklerinin ve bazı yüksek oksitlerin ayrışma reaksiyonları kullanılır:

Elektronik eğitim kaynağının materyalleri ile çalışın Laboratuar çalışması "Ozon elde etme ve özelliklerini inceleme."

İndigo çözeltisinin neden renksiz hale geldiğini açıklayın. Kurşun nitrat ve sodyum sülfür çözeltileri karıştırıldığında ve elde edilen süspansiyondan ozonlanmış hava geçirildiğinde meydana gelen reaksiyonların denklemlerini yazınız. İyon değiştirme reaksiyonu için iyonik denklemleri yazın. Redoks reaksiyonu için elektronik bir terazi yapın.

Video odasında veya üzerinde öğretmenle görevi tartışın.

Suyun kimyasal özellikleri

Suyun fiziksel özelliklerini ve önemini daha iyi anlamak için elektronik eğitim kaynaklarının "Suyun anormal özellikleri" ve "Su dünyadaki en önemli sıvıdır" materyalleriyle çalışın.

Su, herhangi bir canlı organizma için büyük önem taşır - aslında birçok canlı organizmanın yarısından fazlası sudan oluşur. Su, çok yönlü çözücülerden biridir (yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda, çözücü olarak yetenekleri önemli ölçüde artar). Kimyasal açıdan su, hidrojen oksittir, sulu bir çözeltide ise (çok küçük bir ölçüde de olsa) hidrojen katyonlarına ve hidroksit anyonlarına ayrışır:

Su birçok metal ile etkileşime girer. Aktif (alkali, toprak alkali ve bazı lantanitler) su ısınmadan reaksiyona girer:

Isıtıldığında daha az aktif etkileşim oluşur.

Genel ve inorganik kimya

Anlatım 6. Hidrojen ve oksijen. Su. Hidrojen peroksit.

Hidrojen

Hidrojen atomu kimyanın en basit nesnesidir. Açıkçası, iyonu - proton - daha da basittir. İlk olarak 1766 yılında Cavendish tarafından tanımlanmıştır. Adı Yunancadan. "hidro genler" - su üreten.

Bir hidrojen atomunun yarıçapı yaklaşık 0,5 * 10-10 m ve iyonu (proton) 1,2 * 10-15 m'dir veya 50 pm'den 1,2 * 10-3 pm'ye veya 50 metreden (SCA diyagonal) kadar 1 mm.

Bir sonraki 1s elementi olan lityum, Li+ için yalnızca 155 pm'den 68 pm'ye değişir. Bir atomun boyutunda ve katyonunda (5 büyüklük sırası) böyle bir fark benzersizdir.

Protonun küçük boyutu nedeniyle, değişim hidrojen bağı, öncelikle oksijen, nitrojen ve flor atomları arasında. Hidrojen bağlarının gücü 10–40 kJ/mol'dür; bu, çoğu sıradan bağın kırılma enerjisinden (organik moleküllerde 100–150 kJ/mol) çok daha az, ancak 370 C'deki termal hareketin ortalama kinetik enerjisinden daha fazladır. (4 kJ/mol). Sonuç olarak, canlı bir organizmada, hidrojen bağları geri dönüşümlü olarak kırılarak hayati süreçlerin akışı sağlanır.

Hidrojen 14 K'da erir, 20,3 K'de (basınç 1 atm) kaynar, sıvı hidrojenin yoğunluğu yalnızca 71 g/l'dir (sudan 14 kat daha hafiftir).

Seyrekleştirilmiş yıldızlararası ortamda, 0.1 mm mertebesinde bir Bohr yarıçapına (r = n2 * 0.5 * 10-10 m) karşılık gelen, 18 m dalga boyuna sahip n 733 → 732'ye kadar geçişlerle uyarılmış hidrojen atomları bulundu. (!).

Uzaydaki en yaygın element (atomların %88,6'sı, atomların %11,3'ü helyum ve diğer tüm elementlerin yalnızca %0,1'i atomlardır).

4 H → 4 He + 26,7 MeV 1 eV = 96,48 kJ/mol

Protonların 1/2 dönüşü olduğundan, üç tür hidrojen molekülü vardır:

paralel nükleer dönüşlere sahip ortohidrojen o-H2, ile parahidrojen n-H2 antiparalel spinler ve normal n-H2 - %75 orto-hidrojen ve %25 para-hidrojen karışımı. o-H2 → p-H2 dönüşümü sırasında 1418 J/mol açığa çıkar.

orto- ve parahidrojenin özellikleri

Hidrojenin atomik kütlesi mümkün olan minimum olduğundan, izotopları - döteryum D (2 H) ve trityum T (3 H), fiziksel ve kimyasal özelliklerde protium 1 H'den önemli ölçüde farklıdır. Örneğin, organik bir bileşikteki hidrojenlerden birinin döteryum ile değiştirilmesi, karmaşık moleküllerin yapısını oluşturmayı mümkün kılan titreşim (kızılötesi) spektrumunu önemli ölçüde etkiler. Benzer sübstitüsyonlar ("etiketli atom yöntemi"), kompleks mekanizmalarını oluşturmak için de kullanılır.

kimyasal ve biyokimyasal süreçler. İşaretli atom yöntemi, protium yerine radyoaktif trityum kullanıldığında özellikle hassastır (β bozunması, yarılanma ömrü 12,5 yıl).

Protium ve döteryumun özellikleri

		Yoğunluk, g/l (20 K)



Ana yöntem hidrojen üretimi endüstride – metan dönüşümü
veya 800-11000 C'de kömür hidratasyonu (katalizör):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2	10000 C'nin üzerinde
"Su gazı": C + H2 O = CO + H2	10000 C'nin üzerinde
Ardından CO dönüşümü: CO + H2 O = CO2 + H2			4000 C, kobalt oksitler

Toplam: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

Diğer hidrojen kaynakları.

Kok fırını gazı: yaklaşık %55 hidrojen, %25 metan, %2'ye kadar ağır hidrokarbonlar, %4-6 CO, %2 CO2, %10-12 nitrojen.

Bir yanma ürünü olarak hidrojen:

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

1 kg piroteknik karışım başına 370 litreye kadar hidrojen salınır.

Basit bir madde formundaki hidrojen, amonyak üretimi ve bitkisel yağların hidrojenlenmesi (sertleştirilmesi), belirli metallerin (molibden, tungsten) oksitlerinin indirgenmesi, hidritlerin (LiH, CaH2,

LiAlH4).

Reaksiyonun entalpisi: H. + H. = H2 -436 kJ / mol'dür, bu nedenle atomik hidrojen, yüksek sıcaklıkta indirgeyici bir "alev" ("Langmuir brülörü") üretmek için kullanılır. Bir elektrik arkındaki bir hidrojen jeti 35.000 C'de %30 oranında atomize edilir, ardından atomların yeniden birleşmesi ile 50.000 C'ye ulaşmak mümkündür.

Sıvılaştırılmış hidrojen, roketlerde yakıt olarak kullanılır (bkz. oksijen). Kara taşımacılığı için çevre dostu yakıt vaat eden; hidrojen metal hidrit pillerin kullanımına ilişkin deneyler devam etmektedir. Örneğin, LaNi5 alaşımı, aynı hacimde (alaşımın hacmi olarak) sıvı hidrojende bulunandan 1,5-2 kat daha fazla hidrojen emebilir.

Oksijen

Şimdi genel kabul gören verilere göre, oksijen 1774'te J. Priestley tarafından ve bağımsız olarak K. Scheele tarafından keşfedildi. Oksijenin keşfinin tarihi, paradigmaların bilimin gelişimi üzerindeki etkisinin iyi bir örneğidir (bkz. Ek 1).

Görünüşe göre, aslında oksijen, resmi tarihten çok daha önce keşfedildi. 1620'de herkes, Cornelius van Drebbel tarafından tasarlanan bir denizaltıyla Thames boyunca (Thames'te) gezebilirdi. Tekne, bir düzine kürekçinin çabaları sayesinde su altında hareket etti. Çok sayıda görgü tanığına göre, denizaltının mucidi, içindeki havayı kimyasal yollarla "tazeleyerek" nefes alma sorununu başarıyla çözmüştür. Robert Boyle 1661'de şöyle yazmıştı: “... Teknenin mekanik yapısına ek olarak, mucidin elinde kimyasal bir solüsyon (likör) vardı.

tüplü dalışın ana sırrı olarak kabul edilir. Ve zaman zaman, havanın solunabilir kısmının çoktan tükendiğine ve teknedeki insanların nefes almasını zorlaştırdığına ikna olduğunda, bu solüsyonla dolu bir kabı açarak havayı hızla tazeleyebilirdi. onu yeterince uzun bir süre tekrar nefes almak için uygun hale getirecek kadar hayati parçalardan oluşan bir içerik.

Sakin bir durumda olan sağlıklı bir insan, ciğerlerine günde yaklaşık 7200 litre hava pompalayarak 720 litre oksijeni geri dönülmez bir şekilde alır. 6 m3 hacimli kapalı bir odada, bir kişi havalandırma olmadan 12 saate kadar ve fiziksel çalışma sırasında 3-4 saate kadar hayatta kalabilir. Nefes alma güçlüğünün ana nedeni oksijen eksikliği değil, karbondioksit birikimi%0,3'ten %2,5'e.

Uzun süre oksijen elde etmenin ana yöntemi "baryum" döngüsüydü (Brin yöntemini kullanarak oksijen elde etmek):

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000C ->

BaO + 0,5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

Drebbel'in gizli çözümü, bir hidrojen peroksit çözeltisi olabilir: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

Piromikstürün yanması sırasında oksijen elde edilmesi: NaClO3 = NaCl + 1,5 O2 + 50,5 kJ

%80'e kadar NaClO3, %10'a kadar demir tozu, %4 baryum peroksit ve cam yünü karışımında.

Oksijen molekülü paramanyetiktir (neredeyse bir çiftadik), bu nedenle aktivitesi yüksektir. Organik maddeler peroksit oluşumu aşamasında havada oksitlenir.

Oksijen 54.8 K'de erir ve 90.2 K'de kaynar.

Oksijen elementinin allotropik modifikasyonu, ozon O3 maddesidir. Dünyanın biyolojik ozon koruması son derece önemlidir. 20-25 km yükseklikte bir denge kurulur:

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

1974 yılında, 25 km'den daha yüksek bir rakımda freonlardan oluşan atomik klorun, sanki "ozon" ultraviyolesinin yerini alıyormuş gibi ozonun çürümesini katalize ettiği keşfedildi. Bu UV cilt kanserine neden olabilir (ABD'de yılda 600.000 vakaya kadar). Aerosol kutularındaki freon yasağı, Amerika Birleşik Devletleri'nde 1978'den beri yürürlüktedir.

1990'dan beri yasaklı maddeler listesi (92 ülkede) CH3 CCl3, CCl4, klorobromohidrokarbonları içermektedir - bunların üretimi 2000 yılına kadar azaltılmıştır.

Hidrojenin oksijen içinde yanması

Reaksiyon çok karmaşıktır (3. dersteki şema), bu nedenle pratik uygulamaya başlamadan önce uzun bir çalışma gerekliydi.

21 Temmuz 1969, ilk dünyalı - N. Armstrong ayda yürüdü. Satürn-5 fırlatma aracı (Wernher von Braun tarafından tasarlandı) üç aşamadan oluşuyor. Birincisinde gazyağı ve oksijen, ikinci ve üçüncüde - sıvı hidrojen ve oksijen. Toplam 468 ton sıvı O2 ve H2. 13 başarılı lansman yapıldı.

Nisan 1981'den beri Uzay Mekiği ABD'de çalışıyor: 713 ton sıvı O2 ve H2 ve ayrıca her biri 590 tonluk iki katı yakıtlı güçlendirici (toplam katı yakıt kütlesi 987 ton). TTU'ya ilk 40 km'lik tırmanış, 40'tan 113 km'ye motorlar hidrojen ve oksijenle çalışıyor.

15 Mayıs 1987'de Energia'nın ilk lansmanı, 15 Kasım 1988'de Buran'ın ilk ve tek uçuşu. Fırlatma ağırlığı 2400 ton, yakıt kütlesi (gazyağı

yan bölmeler, sıvı O2 ve H2) 2000 ton Motor gücü 125000 MW, taşıma kapasitesi 105 ton.

Yanma her zaman kontrollü ve başarılı değildi.

1936'da dünyanın en büyük hidrojen zeplin LZ-129 "Hindenburg" inşa edildi. Hacim 200.000 m3, uzunluk yaklaşık 250 m, çap 41,2 m, her biri 1100 hp 4 motor sayesinde hız 135 km / s, taşıma kapasitesi 88 ton, Zeplin Atlantik boyunca 37 uçuş yaptı ve 3 binden fazla yolcu taşıdı.

6 Mayıs 1937'de ABD'de demir atarken zeplin patladı ve yandı. Muhtemel sebeplerden biri sabotajdır.

28 Ocak 1986'da, uçuşun 74. saniyesinde, Mekik sisteminin 25. uçuşu olan Challenger yedi kozmonotla patladı. Nedeni, katı itici güçlendiricideki bir kusurdur.

Gösteri:

patlayıcı gaz patlaması (hidrojen ve oksijen karışımı)

yakıt hücreleri

Bu yanma reaksiyonunun teknik olarak önemli bir çeşidi, sürecin ikiye bölünmesidir:

hidrojen elektrooksidasyonu (anot): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2O

oksijen elektro indirgeme (katot): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

Bu tür "yakmanın" gerçekleştirildiği sistem yakıt hücresi. olmadığı için verimi termik santrallere göre çok daha yüksektir.

ısı üretiminin özel aşaması. Maksimum verimlilik = ∆G/∆H; hidrojenin yanması için %94 elde edilir.

Etkisi 1839'dan beri biliniyor, ancak pratik olarak çalışan ilk yakıt hücreleri hayata geçirildi.

20. yüzyılın sonunda uzayda (“İkizler”, “Apollo”, “Mekik” - ABD, “Buran” - SSCB).

Yakıt Pili Perspektifleri [17]

Washington'daki bilimsel bir konferansta konuşan Ballard Power Systems'ın bir temsilcisi, bir yakıt hücreli motorun dört ana kriteri karşıladığında ticari olarak uygulanabilir hale geleceğini vurguladı: üretilen enerjinin daha düşük maliyeti, daha fazla dayanıklılık, daha küçük kurulum boyutu ve hızlı çalıştırma yeteneği. soğuk havalarda.. Bir yakıt hücresi tesisi tarafından üretilen bir kilovatlık enerjinin maliyeti 30 dolara düşürülmelidir. Karşılaştırma için, 2004'te aynı rakam 103 dolardı ve 2005'te 80 dolar olması bekleniyor. Bu fiyata ulaşmak için yılda en az 500 bin motor üretmek gerekiyor. Avrupalı bilim adamları tahminlerde daha temkinli davranıyorlar ve otomotiv endüstrisinde hidrojen yakıt hücrelerinin ticari kullanımının 2020'den önce başlamayacağına inanıyorlar.