19. Загальна характеристика неметалів. Водень. Знаходження в природі, одержання, використання та властивості.

Немета́ллы—химические элементы с типично неметаллическими свойствами,которые занимают правый верхний угол Периодической системы.Характерной особенностью неметаллов является большее(по сравнению с металлами)число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов.Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности,чем у металлов.Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону,большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов.В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов,простые неметаллические вещества,а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества—фтор,хлор,кислород,азот,водород,твёрдые—иод,астат,сера,селен, еллур,фосфор,мышьяк,углерод,кремний,бор,при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии.Так для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации—кислород(O2) и озон(O3),у твёрдого углерода четыре формы—графит,алмаз,карбин,фуллерен.В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера.Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде:это вода,минералы,горные породы,различные силикаты,фосфаты,бораты.По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются.Наиболее распространёнными являются кислород,кремний,водород,к редким относятся мышьяк,селен,йод.

Во́день або гідроге́н—хімічний елемент 1-ої групи періодичної системи елементів.Символ—Н,атомний номер—1,атомна маса—1,0079.Н₂—газ водень—безколірний,без запаху і смаку газ,молекула якого складається з двох атомів гідрогену.Газ водень—найлегший із усіх відомих газів.Ізотопи гідрогену мають власні назви:¹H—протій(Н),²H—дейтерій(D) і³H—тритій(T).Широко розповсюджений у природі.Водень—один з основних компонентів всіх природних органічних сполук.Водень реагує з неметалами,з металами утворюються гідриди.Суміш водню з киснем(гримучий газ)вибухає при підпалюванні.Гідроген—відновник.Сировина для промислового отримання водню—гази нафтопереробки,гази природні,продукти газифікації вугілля та інше.Основні способи отримання водню:реакція вуглеводнів з водяною парою,неповне окиснення вуглеводнів,конверсія оксиду вуглецю,електроліз води.Застосовують для синтезу аміаку,метилового спирту,в процесах гідрогенізації,при зварюванні і різанні металів тощо.Водень—перспективне газоподібне пальне.Дейтерій і тритій знайшли застосування в атомній енергетиці.

В техніці водень отримують:

1)з природного газу,що складається в основному з метану,який змішують з водяною парою і киснем і нагрівають до температури 800-900 °C в присутності каталізатора:

2СН₄+О₂+2Н₂О=2СО₂+6Н₂;

2)при електролізі розчинів хлориду натрію та хлориду калію,як побічний продукт виробництва лугів,гіпохлоридів і хлоратів.

Взаємодія з неметалами:

1)При підпалюванні чи в присутності платинового каталізатора реагує із киснем: O₂+2H₂=2H₂O,(реакція протікає із вибухом).Суміш двох об'ємів водню та одного об'єму кисню називається гримучим газом.

2)При нагріванні водень зворотньо взаємодіє із сіркою : S+H₂––H2S(сірководень)

3)З азотом—при нагріванні,підвищенні тиску та у присутності каталізатору(залізо): N₂+3H₂=2NH₃(аміак).

4)З галогенами утворює галогеноводоні: а)F₂+H₂=2HF,реакція протікає із вибухом за будь-якої температури, б)Cl₂+H₂=2HCl, реакція протікає тільки на світлі.

5)Із сажею взаємодіє при сильному нагріванні: C+2H₂=CH₄(метан)

1)Взаємодія із лужними та лужноземельними металами.Водень утворює із активними металами гідриди(солеутрюючі,тверді речовини,легко гідролізуються: CaH₂+2H₂O=Ca(OH)₂+2H₂↑): 2Na+H₂=2NaH(гідрид натрію) Ca+H₂=CaH₂(гідрид кальцію)

2)Взаємодія із оксидами металів(як правило,d-елементів).Окисли відновлюються до металів: а)CuO+H₂=Cu+H₂O б)Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O в)WO₃+3H₂ =W+3H₂O

3)Гідрування органічних сполук.При дії водню на ненасичені вуглеводні у присутності нікель-каталізатору та підвищеній температурі,відбувається реакція гідрування:

CH₂=CH₂(етен)+H₂=CH₃-CH₃(етан)

4)Водень відновлює альдегіди до спиртів: CH₃CHO(оцтовий альдегід)+H₂=C₂H₅OH(етанол або етиловий спирт)

Водень використовуюється при синтезі аміаку NH3, хлороводню HCl, метанолу СН3ОН, при гідрокрекінзі (крекінг у атмосфері водню) природних вуглеводнів, як відновлювач при отриманні деяких металів. Гідруванням природних рослинних олій отримують твердий жир — маргарин. Рідкий водень застосовується як ракетне паливо та як охолоджувач, оскільки має найвищу теплопровідність з усіх газів. Суміш кисню з воднем використовують при зварюванні.Дуже перспективним напрямком є використання водня як палива для двигунів нового типу, так званих паливних елементів. У США та в Європі вже існують водневі заправні станції, які забезпечують воднем автомобілі та автобуси, що на ньому працюють. Ця галузь називається воднева енергетика.