H-vety on kemiallinen alkuaine, yksi yleisimmistä universumissamme. Vedyn massa aineiden koostumuksen alkuaineena on 75% muun tyyppisten atomien kokonaispitoisuudesta. Se sisältyy planeetan tärkeimpään ja tärkeimpään yhteyteen - veteen. Vedyn erottuva piirre on myös se, että se on ensimmäinen alkuaine D. I. Mendelejevin jaksollisessa kemiallisten alkuaineiden järjestelmässä.
Löytäminen ja tutkiminen
Ensimmäiset viittaukset veteen Paracelsuksen kirjoituksissa ovat peräisin 1500-luvulta. Mutta sen eristämisen ilman kaasuseoksesta ja palavien ominaisuuksien tutkimisesta teki jo 1700-luvulla tiedemies Lemery. Vetyä tutki perusteellisesti englantilainen kemisti, fyysikko ja luonnontieteilijä Henry Cavendish, joka osoitti kokeellisesti, että vedyn massa on pienin verrattuna muihin kaasuihin. Tieteen myöhemmissä kehitysvaiheissa hänen kanssaan työskentelivät monet tiedemiehet, erityisesti Lavoisier, joka kutsui häntä "vettä synnyttäväksi".
Ominaisuus PSHE:n sijainnin mukaan
Elementti, joka avautuuD. I. Mendelejevin jaksollinen järjestelmä on vety. Atomin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet osoittavat jonkin verran kaksijakoisuutta, koska vety kuuluu samanaikaisesti ensimmäiseen ryhmään, pääalaryhmään, jos se käyttäytyy kuin metalli ja luovuttaa yhden elektronin kemiallisessa reaktiossa. seitsemäs - valenssikuoren täydellisen täytön tapauksessa, eli vastaanottonegatiivisen hiukkasen, joka luonnehtii sitä halogeenien k altaiseksi.
Elementin elektronisen rakenteen ominaisuudet
Vetyatomin, monimutkaisten aineiden, joihin se kuuluu, ja yksinkertaisimman aineen H2 ominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti vedyn elektronikonfiguraation mukaan. Hiukkasessa on yksi elektroni, jonka Z=(-1), joka pyörii kiertoradalla ytimen ympäri, sisältäen yhden protonin massayksikkönä ja positiivisella varauksella (+1). Sen elektroninen konfiguraatio on kirjoitettu muodossa 1s1, mikä tarkoittaa yhden negatiivisen hiukkasen läsnäoloa vedyn aivan ensimmäisessä ja ainoassa s-orbitaalissa.
Kun elektroni irrotetaan tai luovutetaan ja tämän alkuaineen atomilla on sellainen ominaisuus, että se liittyy metalleihin, saadaan kationi. Itse asiassa vetyioni on positiivinen alkuainehiukkanen. Siksi vetyä, jossa ei ole elektronia, kutsutaan yksinkertaisesti protoniksi.
Fysikaaliset ominaisuudet
Jos kuvaamme lyhyesti vedyn fysikaalisia ominaisuuksia, se on väritön, niukkaliukoinen kaasu, jonka suhteellinen atomimassa on 2,14,5 kertaa ilmaa kevyempi ja jonka lämpötila onnesteytys -252,8 celsiusastetta.
Voit helposti nähdä kokemuksesta, että H2 on helpoin. Tätä varten riittää, että täytät kolme palloa erilaisilla aineilla - vedyllä, hiilidioksidilla, tavallisella ilmalla - ja vapautat ne samanaikaisesti kädestäsi. CO2:lla täytetty saavuttaa maan nopeammin kuin kukaan muu, sen jälkeen täytetty ilmaseos laskeutuu ja se, joka sisältää H2 nousee kattoon.
Vyhiukkasten pieni massa ja koko oikeuttavat sen kyvyn tunkeutua erilaisten aineiden läpi. Saman pallon esimerkissä tämä on helppo varmistaa, parissa päivässä se tyhjenee itsestään, koska kaasu vain kulkee kumin läpi. Vetyä voi myös kertyä joidenkin metallien (palladium tai platina) rakenteeseen ja haihtua siitä lämpötilan noustessa.
Vedyn alhaista liukoisuutta käytetään laboratoriokäytännössä sen eristämiseen veden syrjäytysmenetelmällä. Vedyn fysikaaliset ominaisuudet (alla oleva taulukko sisältää tärkeimmät parametrit) määräävät sen käyttöalueen ja tuotantomenetelmät.
| Yksinkertaisen aineen atomin tai molekyylin parametri | Merkitys |
| Atomimassa (moolimassa) | 1,008 g/mol |
| Elektroniset asetukset | 1s1 |
| Kristalhila | Kuusikulmainen |
| Lämmönjohtavuus | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Tiheys n:ssä. y. | 0, 08987 g/l |
| Keehumispiste | -252, 76 °C |
| Erityinen lämpöarvo | 120, 9 106 J/kg |
| Sulamispiste | -259, 2 °C |
| Vesiliukoisuus | 18, 8 ml/L |
Isotooppinen koostumus
Kuten monet muutkin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän edustajat, vedyllä on useita luonnollisia isotooppeja, eli atomeja, joissa on sama määrä protoneja ytimessä, mutta eri määrä neutroneja - hiukkasia, joilla on nollavaraus ja -yksikkö massa. Esimerkkejä atomeista, joilla on tämä ominaisuus, ovat happi, hiili, kloori, bromi ja muut, mukaan lukien radioaktiiviset.
Vedyn fysikaaliset ominaisuudet 1H, tämän ryhmän yleisin edustaja, eroavat merkittävästi vastaavien vastaavien ominaisuuksista. Erityisesti niiden aineiden ominaisuudet, joihin ne sisältyvät, vaihtelevat. Joten on olemassa tavallista ja deuteroitua vettä, joka sisältää koostumuksessaan yhden protonin sisältävän vetyatomin sijaan deuteriumin 2H - sen isotoopin kahdella alkuainehiukkasella: positiivisella ja varautumattomalla. Tämä isotooppi on kaksi kertaa raskaampaa kuin tavallinen vety, mikä selittää niiden muodostamien yhdisteiden ominaisuuksien perustavanlaatuisen eron. Luonnossa deuterium on 3200 kertaa harvinaisempi kuin vety. Kolmas edustaja on tritium 3Н, sillä ytimessä on kaksi neutronia ja yksi protoni.
Haku- ja valintamenetelmät
Laboratorio- ja teollisuusmenetelmät vedyn tuottamiseksi ovat hyvin erilaisia. Kyllä, pieninä määrinäkaasua tuotetaan pääasiassa reaktioissa, joissa on mukana mineraaleja, kun taas laajamittaisessa tuotannossa käytetään enemmän orgaanista synteesiä.
Seuraavia kemiallisia vuorovaikutuksia käytetään laboratoriossa:
- Alkali- ja maa-alkalimetallien reaktio veden kanssa alkalin ja halutun kaasun muodostamiseksi.
- Vesipitoisen elektrolyyttiliuoksen elektrolyysi, H2↑ vapautuu anodilla ja happea vapautuu katodilla.
- Alkalimetallihydridien hajoaminen vedellä, tuotteet ovat alkaleja ja vastaavasti H-kaasua2↑.
- Laimeiden happojen reaktio metallien kanssa muodostaen suoloja ja H2↑.
- Alkalien vaikutus piihin, alumiiniin ja sinkkiin edistää myös vedyn vapautumista samanaikaisesti monimutkaisten suolojen muodostumisen kanssa.
Teollisissa eduissa kaasua saadaan seuraavilla menetelmillä:
- Metaanin lämpöhajoaminen katalyytin läsnäollessa sen yksinkertaisiksi aineiksi (350 astetta saavuttaa sellaisen indikaattorin arvon kuin lämpötila) - vety H2↑ ja hiili C.
- Höyryllisen veden johtaminen koksin läpi 1000 celsiusasteessa hiilidioksidin muodostamiseksi CO2 ja H2↑ (yleisin menetelmä)
- Kaasumaisen metaanin muuntaminen nikkelikatalyytillä 800 asteen lämpötiloissa.
- Vety on kalium- tai natriumkloridivesiliuosten elektrolyysin sivutuote.
Kemiavuorovaikutukset: yleiset
Vedyn fysikaaliset ominaisuudet selittävät suurelta osin sen käyttäytymisen reaktioprosesseissa yhden tai toisen yhdisteen kanssa. Vedyn valenssi on 1, koska se sijaitsee jaksollisessa taulukossa ensimmäisessä ryhmässä ja hapettumisaste on erilainen. Kaikissa yhdisteissä, paitsi hydrideissä, vety s.o.=(1+), molekyyleissä, kuten ХН, ХН2, ХН3 – (1 -).
Kahdesta atomista muodostuva vetykaasumolekyyli, joka muodostuu muodostamalla yleistynyt elektronipari, on energeettisesti melko vakaa, minkä vuoksi se on normaaleissa olosuhteissa jokseenkin inertti ja lähtee reaktioihin normaaliolosuhteiden muuttuessa. Muiden aineiden koostumuksessa olevan vedyn hapettumisasteesta riippuen se voi toimia sekä hapettimena että pelkistimenä.
Aineet, joiden kanssa se reagoi ja muodostaa vetyä
Alkuainevuorovaikutukset monimutkaisten aineiden muodostamiseksi (usein korkeissa lämpötiloissa):
- Alkali- ja maa-alkalimetalli + vety=hydridi.
- Halogeeni + H2=halogenidi.
- Rikki + vety=rikkivety.
- Happi + H2=vesi.
- Hiili + vety=metaani.
- Typpi + H2=ammoniakki.
Vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa:
- Synteesikaasun tuottaminen hiilimonoksidista ja vedystä.
- Metallien t alteenotto oksideista H2.
- Tydyttymättömän alifaattisen vetykyllästyshiilivedyt.
Vetysidos
Vedyn fysikaaliset ominaisuudet ovat sellaiset, että ne mahdollistavat sen, yhdessä elektronegatiivisen alkuaineen kanssa, muodostaa erityisen sidoksen saman atomin kanssa viereisistä molekyyleistä, joissa on jakamattomia elektronipareja (esim. typpi ja fluori). Selkein esimerkki, jonka perusteella on parempi tarkastella tällaista ilmiötä, on vesi. Voidaan sanoa, että se on ommeltu vetysidoksilla, jotka ovat heikompia kuin kovalenttiset tai ioniset, mutta koska niitä on paljon, niillä on merkittävä vaikutus aineen ominaisuuksiin. Pohjimmiltaan vetysidos on sähköstaattinen vuorovaikutus, joka sitoo vesimolekyylejä dimeereiksi ja polymeereiksi, mikä aiheuttaa sen korkean kiehumispisteen.
Vety mineraaliyhdisteissä
Kaikkien epäorgaanisten happojen koostumus sisältää protonin - atomin, kuten vedyn, kationin. Ainetta, jonka happojäännöksen hapetusaste on suurempi kuin (-1), kutsutaan moniemäksiseksi yhdisteeksi. Se sisältää useita vetyatomeja, mikä tekee dissosiaatiosta vesiliuoksissa monivaiheisen. Jokainen seuraava protoni irtoaa muusta haposta entistä vaikeammin. Elatusaineessa olevien vetypitoisuuden perusteella sen happamuus määräytyy.
Vety sisältää myös emästen hydroksyyliryhmiä. Niissä vety on kytketty happiatomiin, minkä seurauksena tämän alkalijäännöksen hapetusaste on aina yhtä suuri kuin (-1). Hydroksyylien pitoisuus alustassa määrää sen emäksisyyden.
Sovellus ihmisen toiminnassa
Sylintereillä, joissa on ainetta, sekä säiliöillä, joissa on muita nesteytettyjä kaasuja, kuten happea, on erityinen ulkonäkö. Ne on maalattu tummanvihreällä kirkkaan punaisella "Hydrogen"-kirjoituksella. Kaasua pumpataan sylinteriin noin 150 ilmakehän paineessa. Vedyn fysikaalisia ominaisuuksia, erityisesti kaasumaisen aggregaatiotilan keveyttä, käytetään sen täyttämiseen heliumpallojen, ilmapallojen jne. kanssa.
Vetyä, jonka fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia ihmiset oppivat käyttämään vuosia sitten, käytetään tällä hetkellä monilla teollisuudenaloilla. Suurin osa siitä menee ammoniakin tuotantoon. Vety osallistuu myös metallien (hafnium, germanium, gallium, pii, molybdeeni, volframi, zirkonium ja muut) tuotantoon oksideista, jotka toimivat reaktiossa pelkistimenä, syaani- ja kloorivetyhappoina, metyylialkoholina ja keinotekoisena nesteenä. polttoainetta. Elintarviketeollisuus käyttää sitä kasviöljyjen muuttamiseksi kiinteiksi rasvoiksi.
Määritti vedyn kemialliset ominaisuudet ja käytön erilaisissa rasvojen, hiilen, hiilivetyjen, öljyjen ja polttoöljyn hydraus- ja hydrausprosesseissa. Sen avulla valmistetaan jalokiviä, hehkulamppuja, takotaan ja hitsataan metallituotteita happi-vetyliekin vaikutuksesta.
