ВОДОРОД

Водород H - первый элемент в периодической системе, самый распространённый элемент во

Вселенной (92%); в земной коре массовая доля водорода составляет всего 1%.

Впервые выделен в чистом виде Г. Кавендишем в 1766 г. В 1787г. А.Лавуазье доказал, что водород - химический элемент.

Атом водорода состоит из ядра и одного электрона. Электронная конфигурация - 1S1. Молекула водорода двухатомная. Связь ковалентная неполярная.

Радиус атома - (0,08 нм); потенциал ионизации (ПИ) - (13,6 эВ);

электроотрицательность (ЭО) - (2,1); степени окисления - (-1; +1).

Изотопы:

11Н - протий (99,98% по массе);

21D - дейтерий (0,02%);

31T - тритий (получен искусственно).

Физические свойства.

Водород - газ, бесцветный, без запаха; t°кип = -253°C; t°пл = -259°C; почти не растворяется в воде (в 100V H2O растворяется 2V H2); легче воздуха. D (по воздуху) = 0,069.

Способы собирания.

Получение

1) взаимодействие активных металлов с кислотами - неокислителями:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

2) взаимодействие алюминия (или цинка) с водными растворами щелочей:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

3) электролиз воды и водных растворов щелочей и солей:

2H2O → 2H2↑ + O2↑

2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH

4) пропускание паров воды над раскалённым углём при 1000°C:

C + H2O ↔ CO + H2

5) конверсия метана при 900°C:

CH4 + H2O ↔ CO + 3H2

Методы (1,2) используют в лаборатории, (3-5) используют в промышленности.

Химические свойства

При обычных условиях малоактивен (реагирует только с фтором)

Восстановительные свойства:

1) с неметаллами:

2H20 + O2 → 2H2+1O (со взрывом при поджоге)

H20 + S –150-250°→ H2+1S

3H20 + N2 ←p;t°→ 2NH3+1

(в присутствии железного катализатора)

H20 + F2 → 2HF (со взрывом)

H2 + I2 ←t°→ 2H+1I-1

2) с оксидами металлов:

H20 + СuO –t°→ Cu + H2O

(метод получения малоактивных металлов Pb, Mo, W, Ni, Cu и др. из их оксидов)

Окислительные свойства

3) с щелочными и щелочноземельными металлами:

H20 + 2Li0 → 2Li+1H-1

H20 + Ca0 → Ca+2H2-1

Гидриды MeHn - сильные восстановители за счёт водорода в степени окисления (-1).

Разлагаются водой и кислотами:

NaH + H2O → NaOH + H2↑

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑

LiH + HCl → LiCl + H2↑

Применение

1)Для промышленного синтеза NH3, HCl, CH3OH (реакцией CO + 2H2 –p;t°;kat→ CH3OH)

2)Восстановление редких металлов из оксидов (W, Mo и др.).

3)Гидрирование органических соединений (в частности, гидрогенизация растительных масел

в твёрдые жиры).

4)Для сварки и резки металлов водородно-кислородным пламенем.

ВОДА

Вода H2O - самое распространённое в природе химическое соединение.

Запасы воды на Земле:

вморях и океанах - 1,4 млрд. км3

вледниках - 30 млн. км3

вреках и озёрах - 2 млн. км3

ватмосфере - 14 тыс. км3

вживых организмах - 65%

Молекула полярна; угол -104,5°; связь O–H ковалентная полярная.

Вода является дипольным растворителем (растворяет многие газы, жидкие и твёрдые вещества).

Между молекулами воды - водородные связи:

Аномалии воды

1)Лёд плавает на поверхности водоёма, ρ(льда) = 0,92 г/см3, max ρ(воды) при +4°С = 1г/см3

2)При замерзании воды происходит расширение объёма.

3)Самая большая теплоёмкость (в 3100 раз больше, чем у воздуха; в 4 раза больше, чем у горных пород).

Кислотно-основные свойства

1) Слабый электролит:

H2O ↔ H+ + OH-

2)Вода – амфотерное вещество. Она реагирует как с основными оксидами (оксидами

щелочных и щелочноземельных металлов), так и с кислотными оксидами (кроме SiO2).

Li2O + H2O → 2LiOH

MgO + H2O → Mg(OH)2

SO3 + H2O → H2SO4

3) Гидролиз некоторых солей приводит к их полному разложению:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑

Al2(CO3)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2O + 3CO2↑

4)Вода разлагает гидриды, фосфиды, карбиды, нитриды и некоторые другие бинарные

соединения активных металлов с неметаллами:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑

Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3↑

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3↑

5) Молекулы воды с некоторыми солями дают кристаллогидраты: