Ион водорода формула

Содержание
  1. Водород
  2. Химические свойства водорода
  3. Получение водорода
  4. Применение водорода
  5. Пероксид водорода (Н2О2)
  6. Скачать:
  7. Часто задаваемые вопросы о водородной воде | АльфаЭко
  8. 2. Взрывоопасен ли водород?
  9. 3. Разве в воде не содержится водород, ведь ее формула Н2О?
  10. 4. Если вода является обогащенной водородом, должна ли она быть кислой?
  11. 5. Если добавить водород в воду, не превратится ли она в перекись водорода?
  12. 6. Водород плохо растворяется в воде, каким образом получается полезная концентрация его в воде?
  13. 7. Разве водород не быстро улетучивается из воды?
  14. 8. Сколько нужно пить воды, обогащенной водородом, чтобы получить ее полезные свойства?
  15. 9. Правда ли, что чем больше водорода содержится воде, тем больше ее польза?
  16. 10. Безопасен ли водород?
  17. 11. Когда впервые был обнаружен терапевтический потенциал водорода?
  18. 12. Правда ли, что щелочная вода может нейтрализовать избыток кислоты?
  19. 13. Какой уровень рН у водородной воды?
  20. 14. Правда ли, что все болезни идут от кислого рН крови в организме?
  21. Молекула водорода: диаметр, формула, строение. Чему равна масса молекулы водорода?
  22. Описание элемента
  23. Свойства
  24. Строение молекулы
  25. Масса
  26. Значение в природе
  27. Применение
  28. Водород как химический элемент – Основы химии на Ида Тен
  29. Физические свойства водорода
  30. Водород — характеристика, физические и химические свойства
  31. Что такое водород
  32. Характеристика водорода
  33. Физические свойства
  34. Химические свойства
  35. Области применения
  36. Получение в промышленности
  37. Получение в лаборатории
  38. Нахождение водорода в природе
  39. Интересные факты о водороде
  40. Водород. Физические и химические свойства, получение
  41. Простое вещество водород
  42. Получение водорода
  43. Химические свойства водорода

Водород

Ион водорода формула

В трудах химиков XVI-XVIII вв. упоминался «горючий» или «воспламеняемый воздух», который в сочетании с обычным давал взрывчатые смеси. Получали его, действуя на некоторые металлы (железо, цинк, олово) разбавленными растворами кислот – серной и соляной. Первым ученым, описавшим свойства этого газа, был Г.Кавендиш.

Он определил его плотность и изучил горение на воздухе, однако приверженность теории флогистона помешала исследователю разобраться в сути происходящих процессов. Кавендиш принял «горючий воздух» (водород) за чистый флогистон – невидимую субстанцию, которую тела теряют при горении или при растворении в кислотах.

Тогда металлы считали сложными веществами, содержащими флогистон, его-то они якобы и выделяют под действием кислоты.

Дальнейшее развитие химии показало ошибочность этой теории. Теперь общеизвестно, что водород входит в состав кислот, а металлы являются простыми веществами. Однако способ получения водорода, открытый в те времена, используется в лабораториях до сих пор. Для этого в аппарат Киппа загружают палочки, отлитые из цинка, и заливают 20-процентную серную кислоту:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

А.Л.Лавуазье в 1779 г. получил водород при разложении воды, пропуская ее пары через раскаленную докрасна железную трубку с железными опилками. При температуре красного каления железо вступает в реакцию с водяным паром, и  выделяется водород: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑

Аппарат Киппа

Лавуазье также доказал, что при взаимодействии «горючего воздуха» с кислородом образуется вода, причем газы реагируют в объемном соотношении 2:1. Это позволило ученому определить состав воды – Н2О.

Название элемента – Hydrogenium – Лавуазье и его коллеги образовали от греческих слов «гидор» — «вода» и «геннао» — «рождаю». Русское слово «водород», т.е. «рождающий воду», является точным переводом латинского названия.

Водород относится к числу наиболее распространенных химических элементов. В земной коре он встречается почти исключительно в виде соединений: входит в состав нефти, природного газа, каменного угля, некоторых минералов.

В свободном состоянии он обнаружен в незначительном количестве в вулканических газах, а также среди продуктов разложения органических веществ микроорганизмами. Но конечно, самое известное соединение водорода – это его оксид, вода.

По оценкам ученых, на Земле 1,4∙1018 т поверхностных вод, и еще около 1,3∙1013т – в виде пара в атмосфере. Обширны также запасы подземных вод.

Кроме того, водород самый распространенный элемент во Вселенной. Энергия, излучаемая Солнцем и другими звездами, выделяется в результате ядерных реакций с участием его ядер.

Элемент образует несколько изотопов: наряду с обычным водородом с относительной атомной массой 1 (его называют протием, 1Н), на Земле встречаются два тяжелых изотопа – дейтерий(2Н или D) и тритий (3Н или Т).

дейтерия в природном водороде очень незначительно: лишь один из 100 тыс. атомов водорода является атом дейтерия. Этот изотоп был выделен в 1931 г. при испарении жидкого водорода. Радиоактивного трития еще меньше – примерно один атом на каждые 1018 атомов 1Н.

Недавно зафиксировано образование сверхтяжелых изотопов водорода – 4Н и 5Н.

Водород – бесцветный газ без вкуса и запаха, слаборастворимый в воде. Он в 14,5 раз легче воздуха – самый легкий из газов. Поэтому водородом раньше наполняли аэростаты и дирижабли.

При температуре -253оС  водород сжижается. Эта бесцветная жидкость – самая лёгкая из всех известных. При – 259оС  жидкий водород замерзает, превращаясь в бесцветные кристаллы.

Как полагают некоторые исследователи, при высоких давлениях удастся сжать водород до такой степени, что он превратится в металл – приобретет металлический блеск и электропроводность (недаром этот элемент расположен в одной подгруппе с щелочными металлами). Но пока попытки получить металлический водород не увенчались успехом.

Молекулы Н2 настолько малы, что способны легко проходить не только через мелкие поры, но и сквозь металлы. Некоторые из них, например никель и палладий, могут поглощать большое количество водорода и удерживать его в атомарном виде в пустотах кристаллической решетки. Нагретая до 250оС  палладиевая фольга свободно пропускает водород: этим пользуются для тщательной очистки его от других газов.

Подобно Н2, дейтерий при нормальных условиях – газ, состоящий из молекул D2. Однако по сравнению с обычным водородом он имеет более высокую температуру кипения (-249оС ).

Тяжелая вода – оксид дейтерия D2O – внешне очень похожа на обычную воду, а по свойствам несколько отличается от нее.

Так, при атмосферном давлении D2O закипает при 101,4оС , имеет более высокую плотность и менее летуча. Многие реакции в тяжелой воде протекают медленнее, чем в обычной, и это используется для изучения их механизма.

Основной же потребитель тяжелой воды – ядерная техника, где она применяется как замедлитель нейтронов.

Химические свойства водорода

Горение водорода

В химических реакциях водород может быть как восстановителем (что для него более характерно), так и окислителем.

  1. Реакции с простыми веществами

Водород взаимодействует как восстановитель:

а) с кислородом:

2H2 + O2 = 2H2O

Смесь 2 объемов Н2 и 1 объема О2 при поджигании взрывается (так называемый «гремучий газ»);

б) с серой при нагревании:

H2 + S = H2S

в) с хлором при поджигании и облучении смеси газов УФ-светом:

H2 + Cl2 = 2HCl

г) с фтором при обычных условиях:

H2 + F2 = 2HF

д) с азотом при повышенном давлении и нагревании в присутствии катализаторов(реакция необратима):

3H2 + N2 = 2NH3

Как окислитель водород взаимодействует только с активными (щелочными и щелочноземельными) металлами. В результате образуются гидриды металлов, представляющие собой солеобразные ионные соединения, которые содержат гидрид-ионы Н—:

2Na + H2 = 2NaH

Ca + H2 = CaH2

Гидриды металлов – нестойкие кристаллические вещества белого цвета. Они являются сильными восстановителями, так как степень окисления – 1 малохарактерна для водорода. Так, при действии воды гидриды разлагаются, восстанавливая при этом воду до водорода:

CaH2 + 2H2O = 2H2 + Ca(OH)2

  1. Реакции со сложными веществами

а) При высокой температуре водород может восстанавливать большинство оксидов металлов; например:

CuO + H2 = Cu + H2O

б) При взаимодействии водорода с оксидом углерода (II) можно получить метиловый спирт СН3ОН:

2H2 + CO = CH3OH

в) Водород способен присоединяться ко многим органическим молекулам. Такие реакции называются гидрированием и будут подробно рассмотрены в разделе «Органическая химия».

Получение водорода

Существует достаточно много способов получения водорода. Рассмотрим наиболее широко используемые лабораторные (первые три) и промышленные способы.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

  1. Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой; например:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑

  1. Электролиз разбавленных растворов щелочей, серной кислоты, хлоридов щелочных металлов; например:

2NaCl + 2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH

  1. Восстановление водяного пара такими металлами, как магний, цинк, железо; например:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑

  1. Восстановление водяного пара раскаленным коксом (углеродом):

C + H2O = CO + H2

  1. В настоящее время в промышленности водород получают главным образом из природного газа, основным компонентом которого является метан СН4. Реакция, протекающая при смешивании природного газа с водяным паром и кислородом и нагревании этой смеси до 800 – 900оС , может быть выражена следующим уравнением:

2CH4 + O2 + 2H2O = 2CO2 + 6H2

Применение водорода

В химической промышленности водород служит сырьем для получения аммиака NH3, хлороводорода НСl, метанола СН3ОН и других органических веществ. В пищевой промышленности водород используют для выработки твердых жиров путем гидрогенизации растительных масел. В металлургии водород используется для восстановления некоторых цветных металлов из их оксидов.

Как уже отмечалось выше, водород – очень легкий газ, поэтому им заполняют воздушные шары, зонды и другие летательные аппараты. Высокая экзотермичность реакции горения водорода в кислороде обусловливает использование «водородной» горелки для сварки и резки металлов (температура водородного пламени достигает 2600оС ).

Жидкий водород является одним из наиболее эффективных видов ракетного топлива.

В последние годы все больше внимание уделяется водородной энергетике, т.е. использованию водорода в качестве топлива, в частности для двигателей внутреннего сгорания. Это представляет особый интерес с экологической точки зрения, так как при горении водорода в выделяющихся газах не содержится вредных веществ (продукт горения – вода!).

Пероксид водорода (Н2О2)

Пероксид водорода представляет собой бесцветную жидкость с  tпл = — 0,41оС  и tкип = 150,2оС . В чистом виде пероксид водорода очень взрывоопасен. В лаборатории и в быту обычно используют 30%-й водный раствор Н2О2 (пергидроль) или 3%-й раствор.

Раствор пероксида водорода имеет кислую реакцию среды, что обусловлено диссоциацией его молекул по типу слабой кислоты:

Н2О2 ⇄ Н+ + НО‑2

Как кислота пероксид водорода взаимодействует с основаниями:

Н2О2 + Ва(ОН)2 = ВаО2 + 2Н2О

Некоторые пероксиды металлов, например Na2O2, BaO2, можно рассматривать как соли слабой кислоты пероксида водорода. Из них можно получать Н2О2 действием  более сильных кислот:

BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

Графическая формула пероксида водорода: Н – О – О – Н. «Пероксидный мостик» из двух атомов кислорода обусловливает неустойчивость молекулы. При хранении на свету, нагревании, в присутствии катализатора пероксид водорода разлагается на воду и кислород:

2Н2О2 = 2Н2О + О2↑

Данная реакция относится к типу реакций диспропорционирования. Способность пероксида водорода к самоокислению-самовосстановлению объясняется тем, что атомы кислорода в его молекуле находятся в промежуточной степени окисления – 1.

Этим же обусловлено участие Н2О2 в различных реакциях в роли окислителя или в роли восстановителя.

В реакциях с типичными восстановителями пероксид водорода проявляет свойства окислителя и восстанавливается до воды или гидроксид-ионов; например:

H2O2 + KNO2 = KNO3 + H2O

H2O2 + 2KI = I2 + 2KOH

При взаимодействии с сильными окислителями Н2О2 проявляет восстановительные свойства и окисляется до свободного кислорода; например:

5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2↑ + K2SO4 + 8H2O

Пероксид водорода применяют как дезинфицирующее средство в медицине для полосканий, промываний и как кровоостанавливающее средство в виде 3%-ного раствора.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Водород»  Водород.docx (47 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Водород и Вселенная»  Водород-и-Вселенная.docx (Одна Загрузка)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Вода»  Вода.docx (39 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Водородная связь»  Водородная-связь.docx (47 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Вода и ее свойства»  Вода-и-её-свойства.docx (36 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Водные ресурсы»  ВОДНЫЕ-РЕСУРСЫ.docx (33 Загрузки)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Источник: https://al-himik.ru/vodorod/

Часто задаваемые вопросы о водородной воде | АльфаЭко

Ион водорода формула

Водородная вода, или вода, обогащенная водородом — это обычная питьевая вода, содержащая большое количество водорода (H2). Например, газированная вода насыщена большим количеством углекислого газа (СО2), или кислородная вода содержит большое количество газообразного кислорода (O2). Аналогичным образом получается водородная вода.

Для лучшего понимания, представьте себе, что у вас есть баллон с водородом и, подобно баллону с гелием, с помощью которого надувают воздушные шары, вы можете обогатить вашу воду водородом.

2. Взрывоопасен ли водород?

Да, водород очень взрывоопасен. Он обладает наиболее высокой энергетической плотностью молекулы по массе. Но когда водород находится в воде, он перестает быть взрывоопасным, так же как и порох, который если поместить его в воду, не может взорваться. Даже находясь в воздухе, водород становится взрывоопасным лишь при более 4,6 % по объему.

3. Разве в воде не содержится водород, ведь ее формула Н2О?

Молекула воды состоит из двух атомов водорода, которые химически связаны с одним атомом кислорода. Это отличается от молекулы водорода (Н2), в которой атомы водорода связаны только друг с другом.

Приведем один пример. Для того, чтобы жить, нам необходим кислород (О2), так почему не получать его из питьевой воды (Н2О)? Причина в том, что кислород химически связан в молекуле воды.

Нам же нужен свободный кислородный газ (О2), который не будет связан с другими атомами или молекулами. Такое же правило действует и для газообразного водорода, которым насыщается вода.

Для того, чтобы мы могли получить пользу и терапевтический эффект от водорода, он должен быть в свободной форме (Н2).

Атомы водорода находятся во всем, но практически все они связаны с другими атомами и молекулами. Например, в воде два атома водорода химически связаны с атомом кислорода.

В глюкозе, молекуле сахара, содержится 12 атомов водорода, но они связаны с атомами углерода и кислорода.

В воде именно двухатомный водород (Н2) имеет терапевтический потенциал для организма человека и называется молекулярным водородом.

4. Если вода является обогащенной водородом, должна ли она быть кислой?

Это интересный вопрос! Если вода богата положительно заряженными ионами водорода (Н+), то да, она будет кислой. Но в данном случае мы говорим о нейтральном газообразном водороде (Н2), в котором два атома водорода связаны химически друг с другом.

Когда мы слышим термин «водородная вода», многие ассоциируют водород с кислотностью, представляя положительно заряженный ион водорода (Н+).

Это является основой определения уровня рН (водородный показатель): символ «р» обозначает потенциал, или силу, т.е.

математическую степень (в данном случае логарифмическую), а символ «Н» обозначает ион водорода, который является протоном, так как у него отсутствует электрон. Таким образом, рН обозначает логарифмическую концентрацию ионов водорода.

Когда идёт речь о водородной воде, то имеется в виду именно насыщение воды молекулярным водородом, который является нейтральным.

5. Если добавить водород в воду, не превратится ли она в перекись водорода?

Вода имеет формулу H₂O, а перекись водорода – H₂O₂, поэтому она содержит дополнительный кислород, но не водород. Таким образом, при добавлении водорода в воду перекись водорода образовываться не будет.

Дело в том, что молекулярный водород не реагирует с молекулами воды и не образует какую-то новую молекулу, вроде Н₄О (это химически невозможно), а просто насыщает её собой.

Из этого можно сделать вывод, что водородная вода и перекись водорода – совершенно разные вещества.

6. Водород плохо растворяется в воде, каким образом получается полезная концентрация его в воде?

Действительно, водород плохо растворяется в воде, и связано это с тем, что его молекула является нейтральной и неполярной с растворимостью в 1,6 мг/л, что является относительно низким показателем.

Но если учитывать, что молекулярный водород является самой легкой молекулой во Вселенной, то нам необходимо сравнивать именно количество молекул, а не количество граммов.

Например, если одна молекула водорода весит 2 мг (это невозможно и приведено в качестве примера), то она даст концентрацию в 2 мг/л, и это только одна молекула. Для справки – витамин С (176.

2 г/моль) весит в 88 раз больше молекулы водорода (2 г/моль), следовательно, в водородной воде при концентрации 1,6 мг/л будет больше «антиоксидантных» молекул, чем в 100 мг витамина С, т.е. 0.8 моль Н₂ и около 0,6 моль витамина С.

7. Разве водород не быстро улетучивается из воды?

Да, водород сразу начинает выходить из воды, но не сразу исчезает. Водород может находиться в воде в течение нескольких часов и даже более, прежде чем его концентрация упадет ниже терапевтического уровня.

Лучше всего употреблять свежеприготовленную водородную воду. Водород не выносит высоких температур, интенсивного взбалтывания и замораживания. Водород является легким газом и довольно быстро улетучивается. Оптимально употреблять водородную воду в течение часа после приготовления.

8. Сколько нужно пить воды, обогащенной водородом, чтобы получить ее полезные свойства?

Ученые до сих пор исследуют этот вопрос.

Но при исследованиях, проведенных на людях, участники получали около 1-3 мг/л растворенного Н2 и при такой концентрации было замечено значительное улучшение состояния их здоровья.

Таким образом, если ваша водородная вода имеет концентрацию 1 мг/л, то два литра даст вам 2 мг Н2. Но стоит отметить, что для некоторых людей при различных заболеваниях эффективная концентрация может быть ниже или выше.

9. Правда ли, что чем больше водорода содержится воде, тем больше ее польза?

Ответом на это вопрос будет: и да, и нет. Очевидно, что существует какая-то минимальная концентрация, которая дает пользу для здоровья, но она может варьироваться для разных людей. Главное понять, что вы не можете получить избыток водорода в организме, так как лишнее просто выйдет на выдохе.

Во многих исследования наблюдается четкий дозозависимый эффект, то есть, чем больше концентрация водорода, тем эффективнее его польза. При этом, существует пока еще мало подтвержденной информации о том, что чем больше вы получаете водорода, тем больше у вас преимуществ для здоровья.

Но исследования по этому вопросу активно ведутся прямо сейчас.

10. Безопасен ли водород?

Было доказано, что водород безопасен даже в концентрациях в сотни раз выше чем те, что используются в терапии.

Приведем несколько примеров:
Безопасность водорода впервые была подтверждена в конце 1800-х годов, когда водород использовался для локализации огнестрельных ранений в кишечнике. Отчеты показали, что ни разу не наблюдалось каких-либо токсических эффектов или раздражения даже у самых чувствительных тканей.

Еще один хорошим примером его безопасности является то, что водород использовался при глубоководном дайвинге с 1943 года (при очень высокой концентрации), чтобы предотвратить кессонную болезнь. Исследования показали отсутствие токсических эффектов от водорода даже при высокой концентрации Н2 в 98.87% и О2 в 1,26%, при давлении 19,1 атм.

Кроме того, водород является естественным для организма, потому что после употребления еды, богатой клетчаткой, наши кишечные бактерии могут производить литры водорода ежедневно, что является еще одним плюсом употребления фруктов и овощей. Таким образом, водород не что-то чужеродное или синтетическое, а родное и естественное для организма человека вещество.

11. Когда впервые был обнаружен терапевтический потенциал водорода?

Самые ранние упоминания о лечебных свойствах водорода относятся к 1798 году, который применялся при воспалениях.

Но эта тема не стала популярной, и интерес к ней возродился лишь в 2007 году, после того, как в престижном научном журнале «Nature Medicine» была опубликована статья группы ученых во главе с доктором Ота Сигео, профессором медицинских наук Медицинского Университета Нихон, о терапевтическом потенциале водорода.

12. Правда ли, что щелочная вода может нейтрализовать избыток кислоты?

Щелочная вода имеет относительно низкую щелочность и не может нейтрализовать большое количество кислоты.

Чтобы лучше понять этот вопрос, стоит учитывать, что одна чайная ложка соды (бикарбонат натрия) может нейтрализовать такое же количество кислоты, что и 10000 литров щелочной воды с уровнем рН 10.

Именно по этой причине медицинские специалисты были весьма скептически настроены по поводу щелочной ионизированной воды. Они просто не знали до 2007 года, что вся польза такой воды заключается в её насыщенности водородом.

13. Какой уровень рН у водородной воды?

Водородная вода производится с помощью специальных водородных генераторов и имеет нейтральный рН 7-8. Такой показатель рН соответствует потребностям нашего организма.

Многие путают водородные аппараты с ионизаторами воды. Ионизаторы воды предназначены прежде всего для изменения уровня рН воды. Они также работают на основе метода традиционного электролиза, но наличие водорода Н2 в производимой ими воде минимально, либо отсутствует вовсе.

Здоровый уровень рН крови колеблется в пределах от 7,35 до 7,45. Данный уровень имеет жесткие рамки и постоянно регулируется организмом. В физиологии, если уровень рН крови падает ниже 7,35, то ставят состояние «ацидоз», хотя даже уровень рН в 7,1 является щелочным. Люди с кислым уровнем рН в крови (

Источник: https://alfaeco.su/vodorodnaya-voda-voprosy/

Молекула водорода: диаметр, формула, строение. Чему равна масса молекулы водорода?

Ион водорода формула

В периодической таблице Менделеева под номером 1 расположен самый часто встречающийся элемент во Вселенной — водород. Его распространение, в процентном соотношении, приближается к 75%.

Самое низкое его содержание отмечено в слоях атмосферы – 0,0001%. В коре Земли содержится 1% газа по массе. Наибольшее его количество отмечается в воде: 12%.

На нашей планете это третий по распространению химический элемент.

Описание элемента

Молекула водорода, формула которого Н-Н или Н2, наделена физическими и химическими свойствами.

Водород является газом, который не наделен ни цветом, ни запахом. Расположение водорода в таблице на 1 месте обусловлено тем, что в различных условиях этот элемент может проявлять себя как металл или как газ. На его внешней орбитали расположен 1 электрон, который водород может отдавать (металлические свойства) или же принимать еще один (качества газа).

Диаметр водородной молекулы равняется 27 нм.

Диаметр атома водорода равен 1А, радиус – 0, 41 А.

Свойства

К физическим относятся следующие:

  1. Температура кипения – 256оС.
  2. Температура плавления -259,2оС.
  3. Масса по воздуху (D) — 0,069.
  4. Водород плохо растворим в воде.

Химические свойства таковы:

  1. Неполярная связь между частицами молекулы обладает энергией в 436 кДж/моль.
  2. Температура тепловой диссоциации равна 2000оС.
  3. Реагирует с:
  • галогенами;
  • кислородом;
  • серой;
  • азотом;
  • оксидом азота;
  • активными металлами.

В условиях природы, водород встречается как в естественном виде, так и в форме изотопов: протий, дейтерий и тритий.

Строение молекулы

Молекула элемента имеет простое строение. Состав молекулы водорода представлен двумя атомами, которые, сближаясь, образуют ковалентную неполярную связь, а также одну электронную пару. Строение одного атома представляет: 1 положительно заряженное ядро, вокруг которого передвигается 1 отрицательно заряженный электрон. Этот электрон располагается на 1s орбитали.

Н – 1е = Н+ этот ион водорода является положительным.

Это выражение указывает на то, что водород обладает схожими параметрами с элементами 1 группы в периодической системе, которые являются щелочными металлами (литий, натрий, калий), отдающими свой единственный электрон на внешней орбитали.

Н + 1е = Н– ион водорода отрицательный.

Это уравнение показывает, что водород является родственным с аналогичными элементами из 7-й группы, которые являются газом и способны принимать недостающие электроны на свой внешний электронный уровень. К таким газам относятся: фтор, хлор, бром и т. д.

Состав молекулы водорода графически представлена далее.

Расстояние между водородными атомами r=0,74 А, в то время, как сумма орбитальных радиусов составляет 1,06 А. Это влияет на глубину перекрывания электронных облаков и на прочную, устойчивую водородную связь.

Атом водорода является самым элементарным атомом в природе. Размер атомного протона равен 10,5 А, а диаметр одного атома равен 0,1 нм.

Молекулы изотопов имеют особое строение. Атомное ядро протия состоит из одного лишь протона. Обозначается изотоп: 1Н.

Ядерное строение выглядит как комплекс из протона и нейтрона (2Н).

3Н — тритий — в своем атомном строении наделен ядром с 1 протоном и двумя нейтронами.

Масса

В науке существуют формулы, вычисляющие, чему равна масса молекулы водорода. По отношению к элементу, определяют молекулярную и атомную массы.

Молярная масса молекулы водорода вычисляется по общей формуле:

M = m / n, где m — это масса вещества, n — его количество.

Масса атома равна 1,008 а.е.м. Следовательно, относительная масса молекулы будет также равна 1,008. Поскольку молекула водорода состоит из двух атомов, то относительный атомный вес равен 2,016 а. е. м. Масса молекулы водорода выражается в граммах на моль (г/моль).

Значение в природе

Наиболее значимым в природе веществом, которое образует водород в комплексе с кислородом, является вода. Вода – источник жизни, поэтому водород – это жизненно необходимый элемент.

Из 100% всех химических элементов, которые составляют организменную среду, 1/10 часть, или 10%, приходится на водород. Помимо воды, он способен поддерживать четвертичную белковую структуру, что является возможным, благодаря водородной связи.

Принцип комплементарности нуклеиновых кислот также происходит с действием водородной молекулы. В растительной клетке Н принимает участие в процессе фотосинтеза, биосинтеза, в переносе энергии по мембранным каналам.

Применение

В химической промышленности водород достаточно широко применим. Его добавляют при изготовлении пластмассовых изделий, в мыловарении, а также при аммиачном и ментоловом производстве.

Пищевая промышленность: при выработке продуктов питания, водород добавляют в качестве пищевой добавки Е949. Такой компонент можно увидеть на упаковке маргарина, растительных масел. Добавка Е949 разрешена пищевой промышленностью РФ.

Водород некогда был задействован и в промышленности воздухоплавания, поскольку вещество легче воздуха. Так, в 30-е годы прошлого века этим вида газа наполняли воздушные шары и дирижабли. Несмотря на его дешевизну и удобство использования, водород вскоре прекратили использовать в качестве наполнителя, поскольку участились случаи взрывов летательных аппаратов.

В наши дни газ применяют, как топливо, используемое в космической промышленности. Однако рассматриваются методы применения его для работы двигателей легковых и грузовых автомобилей, поскольку элемент при сгорании не выделяет в атмосферу вредных примесей, а, значит, является экологически чистым.

Неотъемлемым компонентом изотопы водорода выступают в составе многих медикаментозных средств.

Дейтерий применяют в фармакологических исследованиях, для определения поведения и воздействия лекарственного препарата в организме.

Тритий используется в радиодиагностике, как элемент, определяющий биохимические реакции метаболизма ферментов. Водород входит в состав перекиси, которая является дезинфицирующим средством.

Источник: https://FB.ru/article/320848/molekula-vodoroda-diametr-formula-stroenie-chemu-ravna-massa-molekulyi-vodoroda

Водород как химический элемент – Основы химии на Ида Тен

Ион водорода формула

  • Физические свойства водорода
  • Применение водорода

Водород – первый химический элемент Периодической Системы химических элементов Д.И. Менделеева. Химический элемент водород расположен в первой группе, главной подгруппе, первом периоде Периодической Системы.

Относительная атомная масса водорода = 1.

Водород имеет наиболее простое строение атома, он состоит из единственного электрона, который находится в околоядерном пространстве. Ядро атома водорода состоит из одного протона. Атом водорода, в химических реакциях может как отдавать, так и присоединять электрон, образуя два вида ионов:

H0 + 1ē → H1 − H0 – 1ē → H1+.

Водород – самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 88,6% всех атомов (около 11,3% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов – порядка 0,1%).

Таким образом, водород – основная составная часть звёзд и межзвёздного газа.

В межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1%.

Это девятый по распространённости элемент. Значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.

В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму для сухого воздуха).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках.

Физические свойства водорода

Простое вещество, образованное химическим элементом водородом, имеет молекулярное строение. Его состав отвечает формуле Н2. Как и химический элемент, простое вещество также называют водородом.

Водород – бесцветный газ без запаха и вкуса, практически нерастворим в воде. При комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении растворимость составляет 18,8 мл газа на 1 л воды.

Водород – самый легкий газ, его плотность составляет 0,08987 г/л. Для сравнения: плотность воздуха равна 1,3 г/л.

Водород способен растворяться в металлах, так например, в одном объеме палладия может раствориться до 850 объемов водорода. Из-за крайне малого размера молекул водород способен к диффузии через многие материалы Подобно другим газам водород при низких температурах конденсируется в бесцветную прозрачную жидкость, это происходит при температуре –252,8°С.

При достижении температуры –259,2°С водород кристаллизуется в виде белых кристаллов, похожих на снег. В отличие от кислорода, для водорода не характерна аллотропия

Водород — характеристика, физические и химические свойства

Ион водорода формула

1001student.ru > Химия > Водород — характеристика, физические и химические свойства

Водород был открыт во второй половине 18 столетия английским ученым в области физики и химии Г. Кавендишем. Он сумел выделить вещество в чистом состоянии, занялся его изучением и описал свойства.

Такова история открытия водорода. В ходе экспериментов исследователь определил, что это горючий газ, сгорание которого в воздухе дает воду. Это привело к определению качественного состава воды.

  • Что такое водород
  • Характеристика водорода
  • Физические свойства
  • Химические свойства
  • Области применения
  • Получение в промышленности
  • Получение в лаборатории
  • Нахождение водорода в природе
  • Интересные факты о водороде

Что такое водород

О водороде, как о простом веществе, впервые заявил французский химик А. Лавуазье в 1784 году, поскольку определил, что в состав его молекулы входят атомы одного вида.

Название химического элемента по-латыни звучит как hydrogenium (читается «гидрогениум»), что означает «воду рождающий». Название отсылает к реакции горения, в результате которой образуется вода.

Характеристика водорода

Обозначение водорода Н. Менделеев присвоил этому химическому элементу первый порядковый номер, разместив его в главной подгруппе первой группы и первом периоде и условно в главной подгруппе седьмой  группы.

Атомарный вес (атомная масса) водорода составляет 1,00797. Молекулярная масса H2 равна 2 а. е. Молярная масса численно равна ей.

Представлен тремя изотопами, имеющими специальное название: самый распространенный протий (H), тяжелый дейтерий (D), радиоактивный тритий (Т).

Это первый элемент, который может быть полностью разделен на изотопы простым способом. Основывается он на высокой разнице масс изотопов. Впервые процесс был осуществлен в 1933 году. Объясняется это тем, что лишь в 1932 году был выявлен изотоп с массой 2.

Физические свойства

В нормальных условиях простое вещество водород в виде двухатомных молекул является газом, без цвета, у которого отсутствует вкус и запах. Мало растворим в воде и других растворителях.

Температура  кристаллизации — 259,2оC, температура кипения  — 252,8оC.  Диаметр молекул водорода настолько мал, что они обладают способностью к медленной диффузии через ряд материалов (резина, стекло, металлы). Это свойство находит применение, когда требуется очистить водород от газообразных примесей. При н. у. водород имеет плотность, равную 0,09 кг/м3.

Возможно ли превращение водорода в металл по аналогии с элементами, расположенными в первой группе? Учеными установлено, что водород  в условиях, когда давление приближается к 2 млн. атмосфер, начинает поглощать инфракрасные лучи, что свидетельствует о поляризации молекул вещества. Возможно, при еще более высоких давлениях, водород станет металлом.

: есть предположение, что на планетах-гигантах, Юпитере и Сатурне, водород находится в виде металла. Предполагается, что в составе земного ядра тоже присутствует металлический твердый водород, благодаря сверхвысокому давлению, создаваемому земной мантией.

Химические свойства

В химическое взаимодействие с водородом вступают как простые, так и сложные вещества. Но малую активность водорода требуется увеличить созданием соответствующих условий – повышением температуры, применением катализаторов и др.

При нагревании в реакцию с водородом вступают такие простые вещества, как кислород (O2), хлор(Cl2), азот (N2), сера(S).

Если поджечь чистый водород на конце газоотводной трубки в воздухе, он будет гореть ровно, но еле заметно. Если же поместить газоотводную трубку в атмосферу чистого кислорода, то горение продолжится с образованием на стенках сосуда капель воды, как результат реакции:

Горение воды сопровождается выделением большого количества теплоты. Это экзотермическая реакция соединения, в процессе которой водород окисляется кислородом с образованием оксида H2O. Это также и окислительно-восстановительная реакция, в которой водород окисляется, а кислород восстанавливается.

Аналогично происходит реакция с Cl2 с образованием хлороводорода.

Для осуществления взаимодействия азота с водородом требуется высокая температура и повышенное давление, а также присутствие катализатора. Результатом является аммиак.

В результате реакции с серой образуется сероводород, распознавание которого облегчает характерный запах тухлых яиц.

Степень окисления водорода в этих реакциях +1, а в гидридах, описываемых ниже, – 1.

При реакции с некоторыми металлами образуются гидриды, например, гидрид натрия – NaH. Некоторые из этих сложных соединений используются в качестве горючего для ракет, а также в термоядерной энергетике.

Водород реагирует и с веществами из категории сложных. Например, с оксидом меди (II), формула CuO. Для осуществления реакции, водород меди пропускается над нагретым порошкообразным оксидом меди (II). В ходе взаимодействия реагент меняет свой цвет и становится красно-коричневым, а на холодных стенках пробирки оседают капельки воды.

Водород в ходе реакции окисляется, образуя воду, а медь восстанавливается из оксида до простого вещества (Cu).

Области применения

Водород имеет большое значение для человека и находит применение в самых разных сферах:

  1. В химическом производстве – это сырье, в других отраслях – топливо. Не обходятся без водорода и предприятия нефтехимии и нефтепереработки.
  2. В электроэнергетике это простое вещество выполняет функцию охлаждающего агента.
  3. В черной и цветной металлургии водороду отводится роль восстановителя.
  4. Сего помощью создают инертную среду при упаковке продуктов.
  5. Фармацевтическая промышленность — пользуется водородом как реагентом в производстве перекиси водорода.
  6. Этим легким газом наполняют метеорологические зонды.
  7. Известен этот элемент и в качестве восстановителя топлива для ракетных двигателей.

Ученые единодушно пророчат водородному топливу пальму первенства в энергетике.

Получение в промышленности

В промышленности водород получают методом электролиза, которому подвергают хлориды либо гидроксиды щелочных металлов, растворенные в воде. Также можно получать водород этим способом непосредственно из воды.

Используется в этих целях конверсия кокса или метана с водяным паром. Разложение метана при повышенной температуре также дает водород. Сжижение коксового газа фракционным методом тоже применяется для промышленного получения водорода.

Получение в лаборатории

В лаборатории для получения водорода используют аппарат Киппа.

В качестве реагентов выступают соляная или серная кислота и цинк. В результате реакции образуется водород.

Нахождение водорода в природе

Водород чаще других элементов встречается во Вселенной. Основную массу звезд, в том числе Солнца, и иных космических тел составляет водород.

В земной коре его всего 0,15%. Он присутствует во многих минералах, во всех органических веществах, а также в воде, покрывающей на 3/4 поверхность нашей планеты.

В верхних слоях атмосферы можно обнаружить следы водорода в чистом виде. Находят его и в ряде горючих природных газов.

Интересные факты о водороде

Газообразный водород является самым неплотным, а жидкий – самым плотным веществом на нашей планете. С помощью водорода можно изменить тембр голоса, если вдохнуть его, а на выдохе заговорить.

В основе действия самой мощной водородной бомбы лежит расщепление самого легкого атома.

Источник: https://1001student.ru/himiya/h2-vodorod.html

Водород. Физические и химические свойства, получение

Ион водорода формула

Водород H — самый распространённый элемент во Вселенной (около 75 % по массе), на Земле — девятый по распространенности. Наиболее важным природным соединением водорода является вода.Водород занимает первое место в периодической системе (Z = 1).

Он имеет простейшее строение атома: ядро атома – 1 протон, окружено электронным облаком, состоящим из 1 электрона.В одних условиях водород проявляет металлические свойства (отдает электрон), в других — неметаллические (принимает электрон).

В природе встречаются изотопы водорода:  1Н — протий (ядро состоит из одного протона), 2Н — дейтерий (D — ядро состоит из одного протона и одного нейтрона), 3Н — тритий (Т — ядро состоит из одного протона и двух нейтронов).

Простое вещество водород

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных  между собой ковалентной неполярной связью.
Физические свойства. Водород — бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Молекула водорода не полярна. Поэтому силы межмолекулярного взаимодействия в газообразном водороде малы.

Это проявляется в низких температурах кипения (-252,6 0С) и плавления (-259,2 0С).
Водород легче воздуха, D (по воздуху) = 0,069;  незначительно растворяется в воде (в 100 объемах H2O растворяется 2 объема  H2).

  Поэтому водород при его получении в лаборатории можно собирать методами вытеснения воздуха или воды.

Получение водорода

В лаборатории:

1.Действие разбавленных кислот на металлы:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2↑

2.Взаимодействие щелочных и щ-з металлов с водой:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2↑

3.Гидролиз гидридов: гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:
NaH +H2O → NaOH +H2↑
СаH2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑

4.Действие щелочей на цинк  или алюминий или кремний:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
Zn +2KOH +2H2O → K2[Zn(OH)4] +H2↑
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Электролиз воды. Для увеличения электрической проводимости воды к ней добавляют электролит, например NаОН, Н2SO4 или Na2SO4. На катоде образуется 2 объема водорода, на аноде — 1 объем кислорода.
2H2O → 2H2+О2

Промышленное получение водорода

1. Конверсия метана с водяным паром, Ni 800 °С (самый дешевый):
CH4 + H2O → CO + 3 H2   
CO + H2O → CO2 + H2

В сумме:
CH4 + 2 H2O → 4 H2 + CO2

2. Пары воды через раскаленный кокс при 1000оС:
С + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

Образующийся оксид углерода (IV) поглощается водой, этим способом получают 50 % промышленного водорода.

3. Нагреванием метана до 350°С в присутствии железного или нике­левого катализатора:
СH4 → С + 2Н2↑

4. Электролизом водных растворов KCl или NaCl, как побочный продукт:
2Н2О + 2NaCl→ Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH

Химические свойства водорода

  • В соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерна степень окисления +1, но в гидридах металлов она равна -1.
  • Молекула водорода состоит из двух атомов.

    Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщен­ной пары электронов Н:Н или Н2

  • Благодаря этому обобщению электронов молекула Н2 более энергети­чески устойчива, чем его отдельные атомы.

    Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж: Н2 = 2Н, ∆H° = 436 кДж/моль

  • Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.

  • Со многими неметаллами водород образует газообразные соедине­ния типа RН4, RН3, RН2, RН.

1) С галогенами  образует галогеноводороды:
Н2 + Cl2 → 2НСl.
При этом с фтором — взрывается, с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с йодом только при нагревании.

2) С кислородом:
2Н2 + О2 → 2Н2О
с выделением тепла. При обычных температурах реакция протекает медленно, выше 550°С — со взрывом. Смесь 2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом.

3) При нагревании энергично реагирует с серойь(значительно труднее с селеном и теллуром):
Н2 + S → H2S (сероводород),

4) С азотом  с образованием аммиака лишь на катализаторе и при повышенных температурах и давлениях:
ЗН2 + N2 → 2NН3

5) С углеродом при высоких температурах:
2Н2 + С → СН4 (метан)

6) С  щелочными и щелочноземельными металлами  образует гидриды (водород – окислитель):
Н2 + 2Li → 2LiH
в гидридах металлов ион водорода заряжен отрицательно (степень окисления -1), то есть гидрид Na+H— построен подобно хлориду Na+Cl—

Со сложными веществами:

7) С оксидами металлов (используется для восстановления металлов):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4Н2О

8) с оксидом углерода (II):
CO + 2H2 → CH3OH
Синтез — газ (смесь водорода и угарного газа) имеет важное практическое значение, тк в зависимости от температуры, давления и катализатора образуются различные органические соединения, например НСНО, СН3ОН и другие.

9)Ненасыщенные углеводороды реагируют с водородом, переходя в насыщенные:
СnН2n + Н2 → СnН2n+2.

Источник: http://himege.ru/vodorod-fizicheskie-i-ximicheskie-svojstva-poluchenie/

Ваш лекарь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: