37. Общая характеристика водорода. Гидриды. Ион водорода и ион гидроксония.
Н (лат. hydrogenium), самый легкий газообразный химический элемент - член IA подгруппы периодической системы элементов, иногда его относят к VIIA подгруппе.
Валентность водорода в соединениях
В соединениях водород проявляет валентность I.
Физические свойства водорода
Простое вещество водород (Н2) – это газ, легче воздуха, без цвета, без запаха, без вкуса, tкип = – 2530С, водород в воде нерастворим , горюч. Собирать водород можно путем вытеснения воздуха из пробирки или воды. При этом пробирку нужно перевернуть вверх дном.
Получение водорода
В лаборатории водород получают в результате реакции
Видео - Эксперимент "Получение водорода и проверка его на чистоту"
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 .
Вместо цинка можно использовать железо, алюминий и некоторые другие металлы, а вместо серной кислоты – некоторые другие разбавленные кислоты. Образующийся водород собирают в пробирку методом вытеснения воды (см. рис. 10.2 б) или просто в перевернутую колбу (рис. 10.2 а).
В промышленности в больших количествах водород получают из природного газа (в основном это метан) при взаимодействии его с парами воды при 800 °С в присутствии никелевого катализатора:
CH4 + 2H2O = 4H2 +CO2 (t, Ni)
или обрабатывают при высокой температуре парами воды уголь:
2H2O + С = 2H2 + CO2. (t)
Чистый водород получают из воды, разлагая ее электрическим током (подвергая электролизу):
2H2O = 2H2+ O2(электролиз).
Гидри́ды — соединения водорода с металлами и с имеющи мименьшую электроотрицательность, чем водород, неметаллами. Иногда к гидридам причисляют соединения всех элементов с водородом.
Классификация
В зависимости от характера химической связи водорода с другими химическими элементами различают три типа гидридов:
ионные гидриды (солеобразные гидриды);
металлические гидриды;
ковалентные гидриды.
К ионным гидридам относятся соединения водорода с щелочными и щёлочноземельными металлами. Ионные гидриды — это вещества белого цвета, устойчивые при нормальных условиях, но разлагающиеся при нагревании на металл и водород без плавления, исключение составляют LiH и CaH2, которые плавятся без разложения и при дальнейшем нагревании разлагаются.
Металлические гидриды — это соединения переходных металлов, в большинстве случаев являются бертоллидами. По сути являются твёрдым раствором водорода в металле, атомы водорода внедряются в кристаллическую решётку металла.
К ковалентным гидридам относятся гидриды, образованные неметаллами, например, метан CH4 и силан SiH4.
Химические свойства:
Взаимодействие ионных гидридов с водой:
NaH
+ H2O = NaOH + H2
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2
Взаимодействие с оксидами металлов:
2CaO + CaH2 = 2Ca + Ca(OH)2
Термическое разложение{\displaystyle {\mathsf {2NaH\longrightarrow 2Na+H_{2}\uparrow }}}:
2LiH = 2Li + H2
Взаимодействие с азотом{\displaystyle {\mathsf {3CaH_{2}+N_{2}\longrightarrow Ca_{3}N_{2}+3H_{2}}}}:
3CaH2 + N2 = Ca3N2 + 3H2
Получение
Ионные гидриды получают взаимодействием простых веществ:
2Na + H2 = 2NaH
Молекулярный ион водорода — простейший двухатомный ион H2+, образуется при ионизации молекулы водорода. В молекулярном ионе H2+ образуется одноэлектронная химическая связь. Молекулярный ион водорода H2+ содержит два протона, заряженных положительно, и один электрон, заряженный отрицательно.
Гидроксоний (оксоний, гидроний) H3O+— комплексный ион, соединение протона с молекулой воды.
Водородные ионы в водных и спиртовых растворах кислот существуют в виде гидратированных или сольватированных ионов гидроксония. Для измерения концентрации водородных ионов используется водородный электрод. Ион гидроксония был обнаружен также в газовой фазе. Этот катион часто используется для представления природы протонов в водном растворе
Стандартная энтропия иона гидроксония составляет 192,25 Дж/(моль·K). {\displaystyle {\mathsf {2Na+H_{2}\longrightarrow 2\ NaH}}}