Сутегі атомында сыртқы (және жалғыз) электрондық деңгей 1 электрондық формуласы бар сбір . Бір жағынан, сыртқы электрондық деңгейде бір электронның болуы бойынша сутегі атомы сілтілік металдардың атомдарына ұқсас. Бірақ оған галогендер сияқты сыртқы электрондық деңгейді толтыру үшін бір ғана электрон жетіспейді, өйткені бірінші электрондық деңгейде 2 электроннан артық орналаса алмайды. Сутегін периодтық жүйенің әр түрлі нұсқаларында кейде орындалатын периодтық жүйенің бірінші және соңғы (жетінші) топтарында бір мезгілде орналастыруға болатыны анықталды:
Қарапайым зат ретіндегі сутегінің қасиеттері бойынша оның әлі де галогендермен ортақтығы көбірек. Сутегі галогендер сияқты металл емес және олар сияқты екі атомды молекулаларды (H 2) құрайды.
Қалыпты жағдайда сутегі газ тәрізді, белсенділігі төмен зат. Сутектің төмен активтілігі молекуладағы сутегі атомдары арасындағы байланыстың жоғары беріктігімен түсіндіріледі, ол оны үзу үшін не күшті қыздыруды, не катализаторларды қолдануды немесе екеуін бір мезгілде қолдануды қажет етеді.
Сутектің жай заттармен әрекеттесуі
металдармен
Металдардан сутегі тек сілтілі және сілтілі жер металдарымен әрекеттеседі! Сілтілік металдарға І топтың негізгі топшасының металдары (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), ал сілтілі жер металдарына бериллий мен магнийден (Ca, Sr, Ba) басқа II топтың негізгі топшасының металдары жатады. , Ra)
Белсенді металдармен әрекеттесу кезінде сутегі тотықтырғыш қасиет көрсетеді, яғни. оның тотығу дәрежесін төмендетеді. Бұл жағдайда иондық құрылымға ие сілтілі және сілтілік жер металдарының гидридтері түзіледі. Бұл реакция қыздыру арқылы жүреді:
Белсенді металдармен әрекеттесу молекулалық сутегі H 2 тотықтырғыш болып табылатын жалғыз жағдай екенін атап өткен жөн.
бейметалдармен
Бейметалдардан сутегі тек көміртек, азот, оттегі, күкірт, селен және галогендермен әрекеттеседі!
Көміртекті графит немесе аморфты көміртек деп түсіну керек, өйткені алмас көміртектің өте инертті аллотропты модификациясы болып табылады.
Бейметалдармен әрекеттескен кезде сутегі тек тотықсыздандырғыш қызметін атқара алады, яғни оның тотығу дәрежесін жоғарылатады:
Сутектің күрделі заттармен әрекеттесуі
металл оксидтерімен
Сутегі алюминийге дейін (қоса алғанда) металдық белсенділік диапазонында болатын металл оксидтерімен әрекеттеспейді, бірақ қыздырған кезде көптеген металл оксидтерін алюминийдің оң жағында төмендете алады:
бейметалдардың оксидтерімен
Бейметалдардың оксидтерінен сутегі азот, галогендер және көміртек оксидтерімен қыздырғанда әрекеттеседі. Сутектің бейметалдар оксидтерімен әрекеттесулерінің ішінде оның көміртегі тотығы СО-мен реакциясын ерекше атап өту керек.
CO және H 2 қоспасының тіпті өз атауы бар - «синтез газы», өйткені шарттарға байланысты одан метанол, формальдегид және тіпті синтетикалық көмірсутектер сияқты танымал өнеркәсіптік өнімдерді алуға болады:
қышқылдармен
Сутегі бейорганикалық қышқылдармен әрекеттеспейді!
Органикалық қышқылдардан сутегі тек қана қанықпағандармен, сондай-ақ сутегімен тотықсыздануға қабілетті функционалды топтары бар қышқылдармен, атап айтқанда альдегидтермен, кетолармен немесе нитротоптармен әрекеттеседі.
тұздармен
Тұздардың сулы ерітінділері жағдайында олардың сутекпен әрекеттесуі болмайды. Алайда, сутекті кейбір активтілігі орташа және төмен металдардың қатты тұздарынан өткізгенде олардың ішінара немесе толық тотықсыздануы мүмкін, мысалы:
Галогендердің химиялық қасиеттері
VIIA тобындағы химиялық элементтер (F, Cl, Br, I, At), сондай-ақ олардан түзілетін жай заттар галогендер деп аталады. Бұдан әрі, егер басқаша айтылмаса, галогендер жай заттарды ғана білдіреді.
Барлық галогендердің молекулалық құрылымы бар, бұл осы заттардың төмен балқу және қайнау температураларына әкеледі. Галоген молекулалары екі атомды, яғни. олардың формуласын жалпы түрде Hal 2 түрінде жазуға болады.
Йодтың қабілеті сияқты ерекше физикалық қасиетін атап өткен жөн сублимациянемесе, басқаша айтқанда, сублимация. Сублимация, қатты күйдегі зат қызған кезде балқымай, сұйық фазаны айналып өтіп бірден газ күйіне өтетін құбылыс деп аталады.
Кез келген галоген атомының сыртқы энергетикалық деңгейінің электрондық құрылымы ns 2 np 5 түрінде болады, мұндағы n – галоген орналасқан периодтық жүйенің периодының саны. Көріп отырғаныңыздай, сегіз электронды сыртқы қабықшаға дейін галоген атомдарына бір ғана электрон жетіспейді. Осыдан бос галогендердің басым тотықтырғыш қасиеттерін қабылдау қисынды, бұл тәжірибеде де дәлелденген. Өздеріңіз білетіндей, топша бойынша төмен жылжыған кезде бейметалдардың электртерістігі төмендейді, сондықтан галогендердің белсенділігі келесі ретпен төмендейді:
F 2> Cl 2> Br 2> I 2
Галогендердің жай заттармен әрекеттесуі
Барлық галогендер жоғары реактивті және қарапайым заттардың көпшілігімен әрекеттеседі. Дегенмен, фтор өзінің өте жоғары реактивтілігіне байланысты басқа галогендер әрекеттесе алмайтын қарапайым заттармен де әрекеттесетінін атап өткен жөн. Бұл қарапайым заттарға оттегі, көміртек (алмас), азот, платина, алтын және кейбір асыл газдар (ксенон және криптон) жатады. Анау. шын мәнінде, фтор тек кейбір асыл газдармен әрекеттеспейді.
Қалған галогендер, яғни. хлор, бром және йод та белсенді заттар болып табылады, бірақ фторға қарағанда белсенді емес. Олар оттегі, азот, алмаз, платина, алтын және асыл газдар түріндегі көміртектен басқа барлық дерлік қарапайым заттармен әрекеттеседі.
Галогендердің бейметалдармен әрекеттесуі
сутегі
Барлық галогендер сутегімен әрекеттескенде, галогенсутек HHal жалпы формуласымен. Бұл жағдайда фтордың сутегімен реакциясы тіпті қараңғыда өздігінен басталып, теңдеуге сәйкес жарылыспен жалғасады:
Хлордың сутегімен реакциясын қарқынды ультракүлгін сәулелену немесе қыздыру арқылы бастауға болады. Сондай-ақ жарылыспен жалғасады:
Бром мен йод сутегімен тек қыздырғанда ғана әрекеттеседі, сонымен бірге йодпен реакция қайтымды болады:
фосфор
Фтордың фосформен әрекеттесуі фосфордың ең жоғары тотығу дәрежесіне (+5) дейін тотығуына әкеледі. Бұл жағдайда фосфор пентафторидінің түзілуі жүреді:
Хлор мен бром фосформен әрекеттескенде +3 тотығу күйінде де, +5 тотығу күйінде де фосфор галогенидтерін алуға болады, бұл әрекеттесуші заттардың пропорцияларына байланысты:
Бұл жағдайда фтор, хлор немесе сұйық бром атмосферасында ақ фосфор жағдайында реакция өздігінен басталады.
Фосфордың йодпен әрекеттесуі басқа галогендерге қарағанда тотығу қабілетінің айтарлықтай төмен болуына байланысты тек фосфор триодидінің түзілуіне әкелуі мүмкін:
сұр
Фтор күкіртті +6 ең жоғары тотығу дәрежесіне дейін тотықтырып, күкірт гексафторидін түзеді:
Хлор мен бром күкіртпен әрекеттеседі, +1 және +2 өте ерекше тотығу күйінде күкірті бар қосылыстар түзеді. Бұл өзара әрекеттесулер өте ерекше және осы өзара әрекеттесулердің теңдеулерін жазу мүмкіндігі химиядан емтихан тапсыру үшін қажет емес. Сондықтан келесі үш теңдеу ақпараттық мақсатта берілген:
Галогендердің металдармен әрекеттесуі
Жоғарыда айтылғандай, фтор барлық металдармен, тіпті платина және алтын сияқты белсенді емес металдармен әрекеттесуге қабілетті:
Қалған галогендер платина мен алтыннан басқа барлық металдармен әрекеттеседі:
Галогендердің күрделі заттармен әрекеттесуі
Галогендермен орын басу реакциялары
Неғұрлым белсенді галогендер, яғни. Периодтық жүйеде жоғарырақ орналасқан химиялық элементтері олар түзетін галогенсутектік қышқылдар мен металл галогенидтерінен белсенділігі аз галогендерді ығыстыруға қабілетті:
Сол сияқты, бром мен йод күкіртті сульфид және немесе күкіртсутек ерітінділерінен ығыстырады:
Хлор күшті тотықтырғыш болып табылады және күкіртсутекті судағы ерітіндісінде күкіртке емес, күкірт қышқылына дейін тотықтырады:
Галогендердің сумен әрекеттесуі
Су реакция теңдеуіне сәйкес көк жалынмен фторда жанады:
Бром мен хлор сумен фторға қарағанда басқаша әрекеттеседі. Егер фтор тотықтырғыш ретінде әрекет еткен болса, онда хлор мен бром суда пропорционалды емес, қышқылдар қоспасын құрайды. Бұл жағдайда реакциялар қайтымды болады:
Йодтың сумен әрекеттесуі соншалықты елеусіз дәрежеде болады, оны елемеуге болады және реакция мүлдем болмайды деп болжауға болады.
Галогендердің сілті ерітінділерімен әрекеттесуі
Фтор сулы сілті ерітіндісімен әрекеттескенде қайтадан тотықтырғыш ретінде әрекет етеді:
Емтихан тапсыру үшін бұл теңдеуді жазу мүмкіндігі талап етілмейді. Мұндай әрекеттесу мүмкіндігі және осы реакциядағы фтордың тотығу рөлі туралы фактіні білу жеткілікті.
Сілтілік ерітінділердегі басқа галогендер фтордан айырмашылығы пропорционалды емес, яғни олар бір уақытта тотығу дәрежесін арттырады және төмендетеді. Бұл жағдайда хлор мен бром жағдайында температураға байланысты екі түрлі бағытта ағын болуы мүмкін. Атап айтқанда, суықта реакциялар келесідей жүреді:
және қыздырғанда:
Йод сілтілермен тек екінші нұсқаға сәйкес әрекеттеседі, яғни. йодаттың түзілуімен, өйткені гипоиодит тек қыздыру кезінде ғана емес, қалыпты температурада және тіпті суық мезгілде де тұрақты емес.
Сутегі – Менделеевтің периодтық жүйесінде бірден екі жасушаны алып жатқан ерекше элемент. Ол қарама-қарсы қасиеттері бар элементтердің екі тобында орналасқан және бұл ерекшелігі оны бірегей етеді. Сутегі қарапайым зат және көптеген күрделі қосылыстардың құрамдас бөлігі, ол органогендік және биогендік элемент. Оның негізгі ерекшеліктерімен және қасиеттерімен танысқан жөн.
Менделеевтің периодтық жүйесіндегі сутегі
Сутегінің негізгі қасиеттері мынада көрсетілген:
- элементтің реттік нөмірі – 1 (протондар мен электрондардың саны бірдей);
- атомдық массасы 1,00795;
- сутектің үш изотопы бар, олардың әрқайсысының ерекше қасиеттері бар;
- құрамында бір ғана электрон болғандықтан сутегі тотықсыздандырғыш және тотықтырғыш қасиет көрсете алады, ал электрон бөлінгеннен кейін сутегі донор-акцепторлық механизм арқылы химиялық байланыстардың түзілуіне қатысатын бос орбитальға ие болады;
- сутегі - тығыздығы төмен жеңіл элемент;
- сутегі күшті тотықсыздандырғыш, ол негізгі топшаның бірінші тобында сілтілік металдар тобын ашады;
- сутегі металдармен және басқа күшті тотықсыздандырғыштармен әрекеттескенде олардың электронын қабылдап, тотықтырғышқа айналады. Мұндай қосылыстар гидридтер деп аталады. Көрсетілген критерийге сәйкес сутегі шартты түрде галогендер тобына жатады (кестеде фтор жақшада жоғарыда келтірілген), оның ұқсастықтары бар.
Сутегі қарапайым зат ретінде
Сутегі - екі молекуласы бар газ. Бұл затты 1766 жылы ағылшын ғалымы Генри Кавендиш ашқан. Ол сутегінің оттегімен қосылса жарылып кететін газ екенін дәлелдеді. Сутекті зерттегеннен кейін химиктер бұл заттың адамға белгілі заттардың ішіндегі ең жеңілі екенін анықтады.
Тағы бір ғалым Лавуазье элементке «hydrogenium» атауын берді, бұл латынша «суды тудыру» дегенді білдіреді. 1781 жылы Генри Кавендиш судың оттегі мен сутегінің қосындысы екенін дәлелдеді. Басқаша айтқанда, су сутегінің оттегімен әрекеттесуінің өнімі болып табылады. Сутегінің жанғыш қасиеттері ежелгі ғалымдарға бұрыннан белгілі болды: сәйкес жазбаларды 16 ғасырда өмір сүрген Парацельс қалдырды.
Молекулярлық сутегі – екі атомнан тұратын және жанып тұрған шоқ көтерілген кезде табиғатта кең таралған табиғи газ тәрізді қосылыс. Сутегі молекуласы гелий ядроларына айналатын атомдарға ыдырауы мүмкін, өйткені олар ядролық реакцияларға қатыса алады. Мұндай процестер ғарышта және Күнде жүйелі түрде жүреді.
Сутегі және оның физикалық қасиеттері
Сутегінің келесі физикалық параметрлері бар:
- -252,76 ° C температурада қайнайды;
- -259,14°С температурада балқиды; * белгіленген температура диапазонында сутегі иіссіз, түссіз сұйықтық болып табылады;
- сутегі суда аз ериді;
- сутегі теориялық тұрғыдан ерекше жағдайларда (төмен температура және жоғары қысым) металдық күйге өте алады;
- таза сутегі – жарылғыш және жанғыш зат;
- сутегі металдардың қалыңдығы арқылы диффузияға қабілетті, сондықтан оларда жақсы ериді;
- сутегі ауадан 14,5 есе жеңіл;
- жоғары қысымда қатты сутегінің қар тәрізді кристалдарын алуға болады.
Сутегінің химиялық қасиеттері
Зертханалық әдістер:
- сұйылтылған қышқылдардың белсенді металдармен және активтілігі орташа металдармен әрекеттесуі;
- металл гидридтерінің гидролизі;
- сілтілік және сілтілі жер металдарының суымен реакциясы.
Сутегі қосылыстары:
Галогенсутек; бейметалдардың ұшпа сутекті қосылыстары; гидридтер; гидроксидтер; сутегі гидроксиді (су); сутегі асқын тотығы; органикалық қосылыстар (белоктар, майлар, көмірсутектер, витаминдер, липидтер, эфир майлары, гормондар). Белоктардың, майлардың және көмірсулардың қасиеттерін зерттейтін қауіпсіз эксперименттерді көру үшін басыңыз.
Түзілген сутекті жинау үшін түтікті төңкеріп қойыңыз. Сутегін көмірқышқыл газы сияқты жинау мүмкін емес, өйткені ол ауадан әлдеқайда жеңіл. Сутегі тез буланып, ауамен араласқанда (немесе үлкен жинақта) жарылып кетеді. Сондықтан түтікшені төңкеру керек. Толтырғаннан кейін бірден түтік резеңке тығынмен жабылады.
Сутегінің тазалығын тексеру үшін пробирканың мойнына жанып тұрған сіріңке әкелу керек. Егер түтіккен және тыныш мақта пайда болса, газ таза, ал ауа қоспалары аз болады. Егер шапалақ қатты және ысқырып тұрса, пробиркадағы газ лас және бөтен компоненттердің көп бөлігін қамтиды.
Назар аударыңыз! Бұл тәжірибелерді өзіңіз қолданып көрмеңіз!
Қарапайым заттарды алудың өнеркәсіптік әдістері сәйкес элементтің табиғатта кездесетін түріне, яғни оны өндіруге қандай шикізат бола алатынына байланысты. Сонымен, бос күйінде болатын оттегі физикалық әдіспен - сұйық ауадан бөлу арқылы алынады. Сутегінің барлығы дерлік қосылыстар түрінде болады, сондықтан оны алу үшін химиялық әдістер қолданылады. Атап айтқанда, ыдырау реакцияларын қолдануға болады. Сутегін алу әдістерінің бірі судың электр тогымен ыдырау реакциясы болып табылады.
Сутегін алудың негізгі өнеркәсіптік әдісі табиғи газдың құрамына кіретін метанның сумен әрекеттесуі болып табылады. Ол жоғары температурада жүзеге асырылады (метан қайнаған судан да өткенде ешқандай реакция болмайтындығына көз жеткізу оңай):
CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 кДж
Зертханада қарапайым заттарды алу үшін олар міндетті түрде табиғи шикізатты пайдаланбайды, қажетті затты бөліп алу оңайырақ болатын бастапқы материалдарды таңдайды. Мысалы, зертханада оттегі ауадан алынбайды. Бұл сутегі өндірісіне де қатысты. Өнеркәсіпте кейде қолданылатын сутегін алудың зертханалық әдістерінің бірі суды электр тогы арқылы ыдырату болып табылады.
Әдетте зертханалық жағдайда сутегі мырыштың тұз қышқылымен әрекеттесуінен алынады.
Өнеркәсіпте
1.Тұздардың сулы ерітінділерінің электролизі:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2.Су буының ыстық кокс үстінен өтуішамамен 1000 ° C температурада:
H 2 O + C ⇄ H 2 + CO
3.Табиғи газ.
Бу түрлендіруі: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 ° C) Оттегімен каталитикалық тотығу: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2
4. Мұнай өңдеу процесінде көмірсутектерді крекинг және риформинг.
Зертханада
1.Сұйылтылған қышқылдардың металдарға әсері.Мұндай реакцияны жүзеге асыру үшін мырыш пен тұз қышқылы жиі қолданылады:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2
2.Кальцийдің сумен әрекеттесуі:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3.Гидридтердің гидролизі:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4.Сілтілердің мырышқа немесе алюминийге әсері:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.Электролиз арқылы.Сілтілердің немесе қышқылдардың сулы ерітінділерінің электролизі кезінде катодта сутегі бөлінеді, мысалы:
2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O
- Сутегі өндіруге арналған биореактор
Физикалық қасиеттері
Газ тәріздес сутегі екі түрде (модификацияда) болуы мүмкін - орто - және пара-сутек түрінде.
Ортосутек молекуласында (мп -259,10°С, б.б. -252,89°С) - бір-біріне қарама-қарсы (антипараллель).
Сутектің аллотропты түрлерін сұйық азот температурасында белсенді көміртегі адсорбциясы арқылы бөлуге болады. Өте төмен температурада ортосутек пен парасутек арасындағы тепе-теңдік толығымен дерлік соңғысына қарай ығысады. 80 К-де пішіндердің қатынасы шамамен 1: 1 құрайды. Қыздырған кезде десорбцияланған парасутек бөлме температурасында қоспа тепе-теңдігі қалыптасқанша ортосутекке айналады (орто-жұп: 75:25). Катализаторсыз трансформация баяу жүреді, бұл жеке аллотропты формалардың қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді. Сутегі молекуласы екі атомды – Н₂. Қалыпты жағдайда бұл түссіз, иіссіз және дәмсіз газ. Сутегі ең жеңіл газ, оның тығыздығы ауадан бірнеше есе аз. Әлбетте, молекулалардың массасы неғұрлым аз болса, олардың бірдей температурадағы жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Ең жеңіл болғандықтан, сутегі молекулалары кез келген басқа газдың молекулаларына қарағанда жылдамырақ қозғалады және осылайша бір денеден екінші денеге жылуды жылдам бере алады. Бұдан шығатыны, сутегі газ тәріздес заттардың арасында ең жоғары жылу өткізгіштікке ие. Оның жылу өткізгіштігі ауаның жылу өткізгіштігінен шамамен жеті есе жоғары.
Химиялық қасиеттері
Сутегі молекулалары H₂ айтарлықтай күшті және сутегі әрекеттесуі үшін көп энергия жұмсалуы керек: H 2 = 2H - 432 кДж Сондықтан қарапайым температурада сутегі тек өте белсенді металдармен әрекеттеседі, мысалы, кальциймен, кальций гидриді түзеді: Ca + H 2 = CaH 2 және жалғыз бейметалмен - фтор, фторид сутегін түзеді: F 2 + H 2 = 2HF Көптеген металдармен және бейметалдармен сутегі жоғары температурада немесе басқа әсерде әрекеттеседі, мысалы, жарықтандыру астында. Ол кейбір оксидтерден оттегін «алып» алады, мысалы: CuO + Н 2 = Cu + Н 2 0 Жазылған теңдеу тотықсыздану реакциясын көрсетеді. Тотықсыздану реакциялары қосылыстан оттегін алу нәтижесінде болатын процестер деп аталады; оттегін кетіретін заттар тотықсыздандырғыштар деп аталады (өздері тотыққан кезде). Әрі қарай «тотығу» және «тотықсыздану» ұғымдарына тағы бір анықтама беріледі. Ал бұл анықтама, тарихи бірінші, қазіргі уақытта, әсіресе органикалық химияда өзінің маңызын сақтайды. Тотықсыздану реакциясы тотығу реакциясына қарама-қарсы. Бұл реакциялардың екеуі де әрқашан бір процесс ретінде бір мезгілде жүреді: бір заттың тотығуы (тотықсыздануы) кезінде екіншісінің тотықсыздануы (тотықсыздануы) міндетті түрде бір уақытта жүруі керек.
N 2 + 3H 2 → 2 NH 3
Галогендермен түзіледі галогенсутек:
F 2 + H 2 → 2 HF, реакция қараңғыда және кез келген температурада жарылыспен жүреді, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, реакция жарылыспен жүреді, тек жарықта.
Күшті қыздырғанда күйемен әрекеттеседі:
C + 2H 2 → CH 4
Сілтілік және сілтілік жер металдарымен әрекеттесу
Сутегі белсенді металдармен түзіледі гидридтер:
Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2
Гидридтер- тұзды, жеңіл гидролизденетін қатты заттар:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2
Металл оксидтерімен әрекеттесу (әдетте d-элементтер)
Оксидтер металдарға дейін тотықсызданады:
CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O
Органикалық қосылыстарды гидрлеу
Сутегі қанықпаған көмірсутектерге никель катализаторы және жоғары температура қатысында әрекет еткенде реакция жүреді. гидрогенизация:
CH 2 = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3
Сутегі альдегидтерді спиртке дейін төмендетеді:
CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.
Сутегі геохимиясы
Сутегі – ғаламның негізгі құрылыс материалы. Бұл ең көп тараған элемент және одан барлық элементтер термоядролық және ядролық реакциялар нәтижесінде түзіледі.
Бос сутегі H 2 жердегі газдарда салыстырмалы түрде сирек кездеседі, бірақ су түрінде геохимиялық процестерде өте маңызды рөл атқарады.
Сутегі аммоний ионы, гидроксил ионы және кристалды су түріндегі минералдардың бөлігі болуы мүмкін.
Атмосферада сутегі күн радиациясының әсерінен судың ыдырауы нәтижесінде үздіксіз өндіріледі. Атмосфераның жоғарғы қабаттарына өтіп, ғарышқа ұшып кетеді.
Қолдану
- Сутегі энергиясы
Атом сутегі атомдық сутекті дәнекерлеу үшін қолданылады.
Тамақ өнеркәсібінде сутегі тағамдық қоспа ретінде тіркелген E949газды орау сияқты.
Емдеу ерекшеліктері
Ауамен араласқанда сутегі жарылғыш қоспа түзеді - жарылғыш газ деп аталады. Бұл газ сутегі мен оттегінің көлемдік қатынасы 2: 1 немесе сутегі мен ауа шамамен 2: 5 болғанда жарылғыш болып табылады, өйткені ауада шамамен 21% оттегі бар. Сутегі де өрт қауіпті. Сұйық сутегі теріге тиіп кетсе, қатты үсік шалуы мүмкін.
Сутегінің оттегімен жарылғыш концентрациясы көлем бойынша 4%-дан 96%-ға дейін болады. Ауамен араласқанда көлемі бойынша 4%-дан 75 (74)%-ға дейін.
Сутекті қолдану
Химия өнеркәсібінде сутегі аммиак, сабын және пластмасса өндірісінде қолданылады. Тамақ өнеркәсібінде маргарин сутегі арқылы сұйық өсімдік майларынан жасалады. Сутегі өте жеңіл және әрқашан ауада көтеріледі. Бірде дирижабльдер мен шарлар сутегімен толтырылды. Бірақ 30-жылдары. ХХ ғасыр дирижабльдер жарылып, өртенген кезде бірнеше жан түршігерлік апаттар болды. Қазіргі уақытта дирижабльдер гелий газымен толтырылады. Сутегі зымыран отыны ретінде де қолданылады. Сутегі бір кездері жеңіл және жүк көліктері үшін жанармай ретінде кеңінен қолданылуы мүмкін. Сутегі қозғалтқыштары қоршаған ортаны ластамайды және тек су буын шығарады (бірақ сутегі өндірісінің өзі қоршаған ортаның кейбір ластануына әкеледі). Біздің күн негізінен сутектен тұрады. Күн жылуы мен жарық сутегі ядроларының қосылуынан ядролық энергияның бөлінуінің нәтижесі болып табылады.
Сутекті отын ретінде пайдалану (экономикалық тиімділік)
Отын ретінде қолданылатын заттардың ең маңызды сипаттамасы олардың жылулық құндылығы болып табылады. Жалпы химия курсынан сутегінің оттегімен әрекеттесу реакциясы жылу бөлінуімен жүретіні белгілі. Егер стандартты жағдайда 1 моль H 2 (2 г) және 0,5 моль O 2 (16 г) алып, реакцияны бастасақ, онда теңдеу бойынша.
H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O
реакция аяқталғаннан кейін 285,8 кДж/моль энергия бөлінуімен 1 моль H 2 O (18 г) түзіледі (салыстыру үшін: ацетиленнің жану жылуы 1300 кДж/моль, пропан - 2200 кДж/моль. ). 1 м³ сутегінің салмағы 89,8 г (44,9 моль). Демек, 1 м³ сутегін алу үшін 12832,4 кДж энергия жұмсалады. 1 кВт/сағ = 3600 кДж екенін ескерсек, 3,56 кВт/сағ электр энергиясын аламыз. 1 кВт/сағ электр энергиясының тарифін және 1 м³ газдың құнын біле отырып, сутегі отынына көшкен жөн деп қорытынды жасауға болады.
Мысалы, 156 литр сутегі резервуары бар (25 МПа қысымда 3,12 кг сутегі бар) 3-ші буынды Honda FCX эксперименталды моделі 355 км жол жүреді. Тиісінше, 3,12 кг Н2-ден 123,8 кВт/сағ алынады. 100 км-ге энергия шығыны 36,97 кВт/сағ болады. Электр энергиясының құнын, газдың немесе бензиннің құнын, олардың 100 км-ге автомобильге жұмсалуын біле отырып, автомобильдерді сутегі отынына ауыстырудың теріс экономикалық әсерін есептеу оңай. Айталық (Ресей 2008 ж.), электр энергиясының 10 центі 1 м³ сутегінің бағасы 35,6 центке әкеледі, ал судың ыдырау тиімділігін ескере отырып, 40-45 цент кВт/сағ. Бензинді жағудан 12832,4кДж / 42000кДж / 0,7кг/л * 80 цент/л = 34 цент бөлшек сауда бағасымен шығындалады, ал сутегі үшін біз тасымалдауды, жабдықтың амортизациясын және т.б. қоспағанда идеалды нұсқаны есептедік. Шамамен жану энергиясы бар метан үшін Бір м³ үшін 39 МДж нәтиже бағаның айырмашылығына байланысты екі-төрт есе төмен болады (1 м³ Украина үшін 179 доллар, ал Еуропа үшін 350 доллар тұрады). Яғни, метанның баламалы мөлшері 10-20 цент болады.
Дегенмен, сутегіні жаққанда, ол алынған таза су алатынымызды ұмытпауымыз керек. Яғни, бізде жаңартылатын энергия бар қоймаэнергияның негізгі көзі болып табылатын газ немесе бензинге қарағанда қоршаған ортаға зиянсыз энергия.
Php on line 377 Ескерту: талап етеді (http: //www..php): ағынды ашу мүмкін болмады: /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php ішінде 377-жолда қолайлы қаптама табылмады. қате: талап етеді (): Ашу сәтсіз аяқталды "http: //www..php" (include_path = ".. php 377-жолда"
Оттегі - жер бетіндегі ең көп таралған элемент. Азотпен және аздаған басқа газдармен бірге бос оттегі Жер атмосферасын құрайды. Оның ауадағы мөлшері көлемі бойынша 20,95% немесе салмағы бойынша 23,15%. Жер қыртысында атомдардың 58% байланысқан оттегі атомдары (масса бойынша 47%). Оттегі судың (гидросферадағы байланысқан оттегінің қоры өте үлкен), тау жыныстарының, көптеген минералдар мен тұздардың құрамына кіреді, ол тірі ағзаларды құрайтын майлардың, ақуыздардың және көмірсулардың құрамында болады. Жердегі бос оттегінің барлығы дерлік фотосинтез процесі нәтижесінде пайда болды және сақталады.
Физикалық қасиеттері.
Оттегі - түссіз, дәмсіз және иіссіз газ, ауадан сәл ауыр. Біз суда аздап ериміз (31 мл оттегі 1 литр суда 20 градуста ериді), бірақ ол әлі де атмосферадағы басқа газдарға қарағанда жақсы, сондықтан су оттегімен байытылған. Қалыпты жағдайда оттегінің тығыздығы 1,429 г/л. -183 0 С температурада және 101,325 кПа қысымда оттегі сұйық күйге айналады. Сұйық оттегі көкшіл түске ие, магнит өрісіне тартылады және -218,7 ° C температурада көк кристалдар түзеді.
Табиғи оттегінің үш изотоптары O 16, O 17, O 18.
аллотропия- химиялық элементтің молекуладағы атомдар саны немесе құрылымы бойынша ғана ерекшеленетін екі немесе одан да көп жай заттар түрінде өмір сүру қабілеті.
Озон O 3 - атмосфераның жоғарғы қабатында Жер бетінен 20-25 км биіктікте болады және Жерді Күннің зиянды ультракүлгін сәулеленуінен қорғайтын «озон қабаты» деп аталатын қабатты құрайды; бозғылт күлгін, ерекше, өткір, бірақ жағымды иісі бар көп мөлшерде улы газ. Балқу температурасы -192,7 0 С, қайнау температурасы -111,9 0 С. Суда біз оттегіге қарағанда жақсы еритін боламыз.
Озон – күшті тотықтырғыш. Оның тотығу белсенділігі молекуланың атомдық оттегінің бөлінуімен ыдырау қабілетіне негізделген:
Ол көптеген қарапайым және күрделі заттарды тотықтырады. Кейбір металдармен озонидтер түзеді, мысалы, калий озониді:
K + O 3 = KO 3
Озон арнайы құрылғыларда – озонизаторларда алынады. Оларда электр разрядының әсерінен молекулалық оттегі озонға айналады:
Ұқсас реакция найзағай разрядтарының әсерінен орын алады.
Озонды қолдану оның күшті тотықтырғыш қасиетіне байланысты: ол маталарды ағарту, ауыз суды залалсыздандыру, медицинада дезинфекциялаушы ретінде қолданылады.
Озонның көп мөлшерін ингаляциялау зиянды: көздің шырышты қабығын және тыныс алу мүшелерін тітіркендіреді.
Химиялық қасиеттері.
Басқа элементтердің атомдарымен (фтордан басқа) химиялық реакцияларда оттегі тек тотықтырғыш қасиет көрсетеді.
Ең маңызды химиялық қасиет - барлық дерлік элементтермен оксидтер түзу қабілеті. Сонымен бірге оттегі көптеген заттармен, әсіресе қыздырғанда тікелей әрекеттеседі.
Осы реакциялардың нәтижесінде, әдетте, оксидтер түзіледі, сирек - пероксидтер:
2Са + О 2 = 2СаО
2Ва + О 2 = 2ВаО
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Оттегі галогендермен, алтынмен, платинамен тікелей әрекеттеспейді, олардың оксидтері жанама түрде алынады. Қыздырғанда күкірт, көміртегі, фосфор оттегіде жанады.
Оттегінің азотпен әрекеттесуі тек 1200 0 С температурада немесе электр разрядында басталады:
N 2 + O 2 = 2NO
Сутегімен оттегі су түзеді:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Бұл реакция кезінде айтарлықтай мөлшерде жылу бөлінеді.
Екі көлемді сутегінің бір оттегімен қоспасы жанған кезде жарылады; оны жарылғыш газ деп атайды.
Көптеген металдар атмосфералық оттегімен байланыста болған кезде бұзылуға – коррозияға ұшырайды. Кейбір металдар қалыпты жағдайда тек бетінен тотығады (мысалы, алюминий, хром). Алынған оксидті пленка одан әрі өзара әрекеттесуді болдырмайды.
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
Күрделі заттар белгілі бір жағдайларда оттегімен де әрекеттеседі. Бұл жағдайда оксидтер, ал кейбір жағдайларда оксидтер мен жай заттар түзіледі.
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
H 2 S + O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
4NН 3 + ЗО 2 = 2N 2 + 6Н 2 О
4CH 3 NH 2 + 9O 2 = 4CO 2 + 2N 2 + 10H 2 O
Күрделі заттармен әрекеттескенде оттегі тотықтырғыш ретінде әрекет етеді. Оттегінің тотығу белсенділігі оның маңызды қасиетіне – сақтау қабілетіне негізделген жанузаттар.
Сутегімен бірге оттегі де қосылыс түзеді - сутегі асқын тотығы Н 2 О 2 - жанып тұрған тұтқыр дәмі бар, суда оңай еритін түссіз мөлдір сұйықтық. Химиялық тұрғыдан сутегі асқын тотығы өте қызықты қосылыс болып табылады. Оның төмен тұрақтылығы тән: тұрғанда ол баяу су мен оттегіге ыдырайды:
H 2 O 2 = H 2 O + O 2
Жарық, қыздыру, сілтілердің болуы, тотықтырғыштармен немесе тотықсыздандырғыштармен жанасуы ыдырау процесін жылдамдатады. Сутегі асқын тотығындағы оттегінің тотығу дәрежесі = - 1, яғни. судағы оттегінің тотығу дәрежесі (-2) мен молекулалық оттегі (0) арасында аралық мәнге ие, сондықтан сутегі асқын тотығы тотығу-тотықсыздану екі жақтылығын көрсетеді. Сутегі асқын тотығының тотықтырғыш қасиеттері тотықсыздандырғыштарға қарағанда әлдеқайда айқын және олар қышқылдық, сілтілі және бейтарап ортада көрінеді.
H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O
Д.И. химиялық элементтердің периодтық жүйесінде сутегі ерекше орын алады. Менделеев. Валенттік электрондардың саны, ерітінділерде гидратация ионының H+ түзу қабілеті бойынша сілтілі металдарға ұқсас және оны I топқа жатқызу керек. Сыртқы электрон қабатын толтыру үшін қажетті электрондар санына, иондану энергиясының мәніне, теріс тотығу күйін көрсету қабілетіне және атомдық радиусы аздығына сәйкес сутегі периодтық жүйенің VII тобына орналастырылуы керек. Осылайша, сутегінің периодтық жүйенің бір немесе басқа тобында орналасуы негізінен ерікті, бірақ көп жағдайда VII топқа орналастырылады.
Сутектің электрондық формуласы 1 сбір . Жалғыз валенттілік электрон тікелей атом ядросының әсер ету сферасында болады. Сутегінің электрондық конфигурациясының қарапайымдылығы бұл элементтің химиялық қасиеттерінің қарапайым екенін білдірмейді. Керісінше, сутегінің химиясы басқа элементтердің химиясынан көптеген жағынан ерекшеленеді. Оның қосылыстарындағы сутегі +1 және –1 тотығу дәрежелерін көрсетуге қабілетті.
Сутегін алудың көптеген әдістері бар. Зертханада белгілі бір металдардың қышқылдармен әрекеттесуінен алынады, мысалы:
Сутекті күкірт қышқылының немесе сілтілердің сулы ерітінділерін электролиздеу арқылы алуға болады. Бұл катодта сутегі мен анодта оттегінің бөлінуімен бірге жүреді.
Өнеркәсіпте сутегі негізінен табиғи және ілеспе газдардан, отынды газдандыру өнімдерінен және кокс газынан алынады.
Қарапайым зат сутегі (H 2)тұтанғыш, түссіз және иіссіз газ болып табылады. Булану температурасы –252,8°С. Сутегі ауадан 14,5 есе жеңіл, суда аз ериді.
Сутегі молекуласы тұрақты және өте төзімді. Диссоциациялану энергиясының жоғары болуына байланысты (435 кДж/моль) Н2 молекулаларының атомдарға ыдырауы 2000°С жоғары температурада ғана байқалатын дәрежеде жүреді.
Сутегі үшін оң және теріс тотығу күйлері мүмкін, сондықтан химиялық реакцияларда сутегі тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеттерді көрсете алады. Сутегі тотықтырғыш ретінде әрекет ететін жағдайларда, ол галогендер сияқты әрекет етеді, галогенидтерге ұқсас гидридтер түзеді ( гидридтерСутектің металдармен және одан электртерістігі аз элементтермен химиялық қосылыстар тобын атайды):
Тотығу белсенділігі бойынша сутегі галогендерден айтарлықтай төмен. Сондықтан тек сілтілі және сілтілі жер металдардың гидридтері иондық болады. Иондық және күрделі гидридтер, мысалы, күшті тотықсыздандырғыштар. Олар химиялық синтезде кеңінен қолданылады.
Көптеген реакцияларда сутегі тотықсыздандырғыш ретінде әрекет етеді. Қалыпты жағдайда сутегі оттегімен әрекеттеспейді, бірақ тұтанған кезде реакция жарылыспен жүреді:
Екі көлемді сутегі мен бір көлемдегі оттегі қоспасы жарылғыш газ деп аталады. Басқарылатын жану кезінде көп мөлшерде жылу бөлінеді және сутегі-оттегі жалынының температурасы 3000 ° C-қа жетеді.
Галогендермен реакция галогеннің табиғатына байланысты әртүрлі жолмен жүреді:
Фтормен мұндай реакция тіпті төмен температурада да жарылыспен жүреді. Хлор жарықта болған кезде реакция жарылыспен де жүреді. Броммен реакция әлдеқайда баяу жүреді, ал йодпен ол тіпті жоғары температурада да соңына жетпейді. Бұл реакциялардың механизмі радикалды.
Жоғары температурада сутегі VI топ элементтерімен - күкіртпен, селенмен, теллурмен әрекеттеседі, мысалы:
Сутегінің азотпен әрекеттесуі өте маңызды. Бұл реакция қайтымды. Тепе-теңдікті аммиак түзілуіне ауыстыру үшін жоғары қысым қолданылады. Өнеркәсіпте бұл процесс әртүрлі катализаторлардың қатысуымен 450-500 ° C температурада жүзеге асырылады:
Сутегі көптеген металдарды оксидтерден азайтады, мысалы:
Бұл реакция кейбір таза металдарды алу үшін қолданылады.
Зертханалық тәжірибеде де, өнеркәсіптік органикалық синтезде де кеңінен қолданылатын органикалық қосылыстардың гидрогенизация реакциялары үлкен рөл атқарады.
Көмірсутек шикізатының табиғи көздерінің азаюы, отынның жану өнімдерімен қоршаған ортаның ластануы экологиялық таза отын ретінде сутегіге қызығушылықты арттырады. Сутегі болашақта энергетикалық секторда маңызды рөл атқаруы мүмкін.
Қазіргі уақытта сутегі өнеркәсіпте аммиакты, метанолды синтездеу, қатты және сұйық отынды гидрлеу, органикалық синтезде, металдарды дәнекерлеу және кесу және т.б.
Су H 2 O, сутегі оксиді - маңызды химиялық қосылыс. Қалыпты жағдайда су түссіз, иіссіз және дәмсіз сұйықтық болып табылады. Су – жер бетіндегі ең көп таралған зат. Адам ағзасында 63-68% су бар.
Судың физикалық қасиеттері негізінен әдеттен тыс. Қалыпты атмосфералық қысымда су 100 ° C температурада қайнайды. Таза судың қату температурасы 0°С. Басқа сұйықтықтардан айырмашылығы, салқындату кезінде судың тығыздығы монотонды түрде өспейді, бірақ максимум +4 ° C температурада болады. Судың жылу сыйымдылығы өте жоғары және 418 кДж/моль · К құрайды. Мұздың 0°С температурадағы меншікті жылуы 2,038 кДж/моль · К. Мұздың еру жылуы әдеттен тыс жоғары. Судың электр өткізгіштігі өте төмен. Судың қалыптан тыс физикалық қасиеттері оның құрылымын түсіндіреді. H – O – H байланыс бұрышы 104,5 °. Су молекуласы – бұрмаланған тетраэдр, оның екі төбесінде сутегі атомдары орналасқан, ал қалған екеуін химиялық байланыстардың түзілуіне қатыспайтын оттегі атомының жалғыз жұп электрондарының орбитальдары алып жатыр.
Су тұрақты қосылыс, оның оттегі мен сутегіге ыдырауы тек тікелей электр тогының әсерінен немесе шамамен 2000 ° C температурада жүреді:
Су сутегіге дейінгі стандартты электрондық потенциалдар диапазонында металдармен тікелей әрекеттеседі. Реакция өнімдері металдың табиғатына байланысты сәйкес гидроксидтер мен оксидтер болуы мүмкін. Металлдың табиғатына байланысты реакция жылдамдығы да кең шектерде өзгереді. Сонымен, натрий бөлме температурасында сумен реакцияға түседі, реакция көп мөлшерде жылудың бөлінуімен бірге жүреді; Темір 800°С температурада сумен әрекеттеседі:
Жүктелуде...
