44. Место водорода в Периодической системе д.И.Менделеева. Изотопы водорода. Способы получения водорода. Физические и химические свойства водорода. Соединения водорода с металлами и неметаллами.

Водород – первый элемент в периодической системе. Он находится в первом периоде первой группе главной подгруппе. Заряд ядра атома водорода + 1, в атоме один электронный слой и на нём находится один электрон.

Имеет 3 изотопа: протий , дейтерий или Д и тритий или Т, тритий образуется в атмосфере в результате ядерных реакций, вызванных действием космического излучения.

Свободного водорода на Земле почти нет, в атмосфере его содержание не превышает 5×10-5%. Практически весь водород находится в связанном состоянии в составе многих минералов, углей, нефти, живых и растительных организмов, но самым распространенным его соединением является вода.

Водород – s-элемент, в различных вариантах периодической системы помещают его то в I A, вместе со щелочными металлами, то в VII A вместе с галогенами, а иногда рассматривают отдельно.Со щелочными металлами он сходен в том, что образует положительный ион Н+ и играет роль восстановителя. Но с галогенами у него больше сходства: в гидридах активных металлов (CaH2, NaH), содержится ион Н-, подобный ионам Г- (NaCl, CaCl2). Молекулы водорода и галогенов двухатомны (Н2, Cl2, Br2). Для водорода, как и для фтора, хлора, характерны газообразное состояние и неметаллические свойства.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью: Н2 - газ, без цвета, без запаха, легче воздуха в 14,5 раз, tкип. = - 252,60С, tпл. = - 259,10С. Очень плохо растворяется в воде, но способен растворяться в некоторых металлах.

Получение Н2

В промышленности водород получают из воды и углеводородов. При этом восстановителем водорода при температуре (600-900°С) являются атомы углерода

При более высокой температуре (950-1100°) можно получить разложением метана особо чистый водород и углерод.

В лаборатории:

1) при действии разбавленного раствора кислоты на активный металл (в аппарате Киппа):

или

2) щелочные металлы и щелочноземельные вытесняют водород из воды.

3) действием едких щелочей на металлы

Физические свойства. В обычных условиях водород – это самый легкий газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде.

Атомарный водород гораздо активнее молекулярного, для которого нужны дополнительные затраты энергии на расcпаривание электронов.

По электроотрицательности занимает промежуточное положение между неметаллами и металлами. И в реакциях с неметаллами и кислородсодержащими веществами играет роль восстановителя.

Химические свойства Н2

Водород легко соединяется с кислородом, горит на воздухе или в атмосфере чистого кислорода бледно-синим пламенем.

1)Если состав смеси приближается к стехиометрическому

(2 объема Н2 и 1 объем кислорода), то смесь называется “гремучим газом”, т.к. реакция имеет в этом случае взрывной характер.

Водородно-кислородное пламя, имеющее температуру 2500°-2800°С используют для плавления тугоплавких металлов и автогенной сварки.

2) (при температуре 450 – 5000С и повышенном давлении, в присутствии катализатора).

3) (при нагревании).

4) (при повышении температуры и давления, в присутствии катализатора).

5) (с очень активными металлами водород взаимодействует непосредственно как окислитель, превращаясь в ион Н- (гидрид-ион).

1. С активными металлами образует гидриды: Н2 + 2Na( –t)=2NaH

Н2 + Са( –t)= СаН2

2. С неметаллами: не реагирует с кремнием, плохо в специальных условиях реагирует с фосфором и углеродом.

2Н2 + O2 = 2Н2O

Н2 + Cl2 (–hv)= 2HCl

3Н2 + N2 (-t, p, кат.)= 2NH3

H2 + S = H2S

3. Восстановление оксидов металлов (неактивных) и неметаллов: CuO + H2 = Cu + H2O

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

SiO2 + H2 = Si + H2O

4. C органическими веществами, имеющими кратные связи, малыми циклами - реакция гидрирования.