4. Významné prvky vodík a kyslík a jeho sloučeniny

charakteristika vodíku a kyslíku

příprava a výroba vodíku a kyslíku

použití vodíku a kyslíku

voda

peroxid vodíku

4. Важные элементы водород и кислород и их соединения

характеристика водорода и кислорода

подготовка и производство водорода и кислорода

использование водорода и кислорода

вода

перекись водорода

1) Водород - первый элемент Периодической системы (1-й период, порядковый номер 1). В таблицах условно помещается в главную подгруппу I и VII группы, так как может проявлять восстановительные свойства щелочных металлов, так и окислительные свойства галогенов. Молекула водорода состоит из двух атомов и образована ковалентной неполярной связью. Атом водорода наименьший по размерам и самый легкий среди атомов всех элементов. Водород почти не растворим в воде, проявляет амфотерные свойства - металлические и неметаллические. Образует соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона, входит в состав многочисленных оксидов, гидроксидов, солей кислородсодержащих кислот. Жизненно важный элемент для всех организмов, содержится в большинстве органических веществ, участвует во многих биохимических процессах, обеспечивающих развитие и функционирование жизни.

В космосе водород является самым распространенным элементом. Наше солнце более чем наполовину состоит из водорода. На этой звезде, как и на многих других, из ядер атомов водорода образуются ядра атомов гелия и других химических элементов. На Земле водород содержится в виде соединений, важнейшим из которых является вода. В лаборатории водород можно получить реакцией замещения водорода в соляной или серной кислотах на цинк. Можно использовать и другие металлы, которые в ряду активности стоят слева от водорода.

В промышленности водород применяется во многих сферах, например водород используется в качестве ракетного топлива, применяется при производстве маргарина. Реакции с водородом используют для получения различных веществ, таких как аммиак, соляная кислота, вольфрам и так далее.

2) Кислород – самый распространенный элемент на нашей планете, вторая по количеству и первая по значению для жизни составляющая часть воздушной оболочки Земли. Входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры – литосферы. Кислород существует в форме О2, это газ без цвета и запаха. В жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твердом – синюю. Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов. Реакции металлов и неметаллов с кислородном протекают с выделением большого количества теплоты и сопровождаются воспламенением. Почти все реакции с участием кислорода экзотермические, кроме реакции азота с кислородом, эта реакция эндотермическая. Кислород окисляет не только простые, но и сложные вещества, при этом образуются оксиды элементов, из которых они образованы. Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видом топлива. Кислород также участвует в процессах дыхания и медленного окисления пищи в нашем организме, которое является источником энергии, за счет которого живет организм. Кислород способен образовывать с гемоглобином соединения, в результате которых образуется оксигемоглобин, который в свою очередь доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы, образуя при этом оксид углерода и воду и освобождая энергию, необходимую для жизни организма. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения кислорода, то на свету происходит еще один процесс – фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Таким образом, содержание кислорода на Земле сохраняется, благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

В промышленности кислород получают из жидкого воздуха, а в лаборатории – разложением пероксида водорода в присутствии катализатора - оксида марганца, а так же разложением перманганата калия при нагревании.

Кислород применяют в металлургической и химической промышленности для ускорения производственных процессов. Чистый кислород применяют также для получения высоких температур, при газовой сварке или резке металлов. Его используют для жизнеобеспечения на подводных и космических кораблях. В медицине кислород применяют в случаях временного затруднения дыхания.

3) Вода – самое распространенное в земной коре вещество. Вода – основа гидросферы нашей планеты, кроме того, она содержится в атмосфере, в виде льда образует полярные шапки Земли и высокогорные ледники, а также входит в состав различных горных пород. Массовая доля воды в человеческом организме составляет около 70 %. Вода – единственное вещество, у которого во всех трех агрегатных состояниях есть свои особые названия. Наличием водородной связи у воды объясняется аномально высокие значения её температур плавления и кипения. Вода способна расширяться при замерзании и имеет максимальную плотность при температуре +4°С. Вода обладает высокими значениями теплоты плавления и теплоты парообразования, которые академик В.И.Вернадский рассматривал, как константы планетарного значения. Вода имеет высокую теплоемкость и высокое поверхностное напряжение. Вода также является главным растворителем не только в живой, но и в неживой природе.

Химические свойства воды:

• Взаимодействует с щелочными и щелочноземельными металлами

• Взаимодействует с основными и кислотными оксидами

• Разлагается под действием света, тока или высоких температур (свыше 1500°С)

• Реагирует со многими оксидами неметаллов

4) Пероксид водорода (перекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость без запаха или со слабым своеобразным запахом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата. Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта. В промышленных масштабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты. Применяют раствор перекиси водорода в качестве дезинфицирующего средства для промываний и полосканий. Используется как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Также используется в качестве пенообразователя при производстве пористых металлов.