ВОДОРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Электронное строение водорода

Электронная конфигурация водорода в основном состоянии:

Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии. Степени окисления атома водорода — от -1 до +1. Характерные степени окисления -1, 0, +1

Способы получения

Еще один важный промышленный способ получения водорода — паровая конверсия

метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:

СН4 + Н2O → СО + 3Н2

Также возможна паровая конверсия угля:

C0 + H2+O → C+2O + H20

Химические свойства

1. Водород проявляет свойства окислителя и свойства восстановителя. Поэтому водород реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. С активными металлами водород реагирует с образованием гидридов: 2Na + H2 → 2NaH

Ca + H2 → CaH2

1.2. В специальных условиях водород реагирует с серой с образованием бинарного соединения сероводорода:

H2 + S → H2S

1.3.Водород не реагирует с кремнием.

1.4.С азотом водород реагирует при нагревании под давлением в присутствии катализатора с образованием аммиака:

3Н2 + N2 → 2NH3

1.5.В специальных условиях водород реагирует с углеродом.

C + 2H2 → CH4

1.6.Водород горит, взаимодействует с кислородом со взрывом:

2H2 + O2 → 2H2O

2. Водород взаимодействует со сложными веществами: 2.1. Восстанавливает металлы из основных и

амфотерных оксидов. Восстановить из оксида водородом можно металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений после алюминия. При этом образуются металл и вода.

Например, водород взаимодействует с оксидом цинка с образованием цинка и воды:

ZnO + H2 → Zn + H2O

Также водород восстанавливает медь из оксида меди:

СuO + H2 → Cu + H2O

Водород восстанавливает оксиды некоторых неметаллов.

Например, водород взаимодействует с оксидом кремния:

SiO2 + H2 = Si + H2O

2.2. С органическими веществами водород вступает в реакции присоединения (реакции гидрирования).

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

как легкий газ, он используется для наполнения аэростатов (в смеси с гелием); кислородно-водородное пламя применяется для получения высоких температур при сварке металлов;

как восстановитель используется для получения металлов (молибдена, вольфрама и др.) из их оксидов; водород используется для получения аммиака и искусственного жидкого топлива;

получение твердых жиров (гидрогенизация).

Водородные соединения металлов

Соединения металлов с водородом — солеобразные гидриды МеНх. Это

твердые вещества белого цвета с ионным строением. Устойчивые гидриды образуют активные металлы (щелочные, щелочноземельные и др.).

Способы получения

Гидриды металлов можно получить непосредственным взаимодействием активных металлов и водорода.

Например, при взаимодействии натрия с водородом образуется гидрид натрия:

2Na + H2 → 2NaH

Гидрид кальция можно получить из кальция и водорода:

Ca + H2 → CaH2

Химические свойства

1. Солеобразные гидриды легко разлагаются водой.

Например, гидрид натрия в водной среде разлагается на гидроксид натрия и водород:

NaH + H2O → NaOH + H2

2. При взаимодействии с кислотами гидриды металлов образуют соль и водород.

Например, гидрид натрия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия и водорода:

NaH + HCl → NaCl + H2

3. Солеобразные гидриды проявляют сильные восстановительные свойства и взаимодействуют с окислителями (кислород, галогены и др.)

Например, гидрид натрия окисляется кислородом:

2NaH + O2 = 2NaOH

Гидрид натрия также окисляется хлором:

NaH + Cl2 = NaCl + HCl