Vandenilio oksidas: paruošimas ir savybės

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Svarbiausia ir plačiausiai paplitusi medžiaga mūsų planetoje, be abejo, yra vanduo. Ką su juo galima palyginti pagal svarbą? Yra žinoma, kad gyvybė Žemėje tapo įmanoma tik atsiradus skysčiui. Kas yra vanduo (vandenilio oksidas) cheminiu požiūriu? Iš ko jis susideda ir kokių savybių jis turi? Pabandykime suprasti šį straipsnį.

Vandilis ir jo junginiai

Lengviausias atomas visoje periodinėje lentelėje yra vandenilis. Jis taip pat užima dvigubą padėtį, esantis tiek halogenų pogrupyje, tiek pirmoje šarminių metalų grupėje. Kas paaiškina tokias savybes? Jo atomo apvalkalo elektroninė struktūra. Jis turi tik vieną elektroną, kuris gali laisvai palikti ir prijungti prie savęs kitą, sudarydamas porą ir užbaigdamas išorinį lygį.

Štai kodėl pagrindinės ir vienintelės šio elemento oksidacijos būsenos yra +1 ir -1. Jis lengvai reaguoja su metalais, sudarydamas hidridus – kietus nelakius į druskas panašius b altos spalvos junginius.

Tačiau vandenilis taip pat lengvai sudaro lakias medžiagų molekules, sąveikaudamas su nemetalais. Pavyzdžiui:

• vandenilio sulfidas H₂S;
• metanasCH₄;
• silane SiH₄ ir kt.

Apskritai vandenilis sudaro gana daug junginių. Tačiau svarbiausia medžiaga, į kurią jis įtrauktas, yra vandenilio oksidas, kurio formulė yra H₂O. Tai garsiausias junginys, kurį pagal formulę atpažįsta net chemijos dar neišmanantis pradinių klasių mokinys. Juk vanduo (o tai yra didžiausias vandenilio oksidas) yra ne tik įprasta medžiaga, bet ir gyvybės š altinis mūsų planetoje.

Pats elemento pavadinimas atspindi pagrindinę jo esmę – vandenilį, tai yra „vandens gimdymą“. Kaip ir bet kuris kitas oksidas, šis taip pat yra dvejetainis junginys, turintis daugybę fizinių ir cheminių savybių. Be to, yra specialių savybių, kurios išskiria vandenį iš visų kitų junginių.

Taip pat svarbi vandenilį sudarančių junginių klasė yra organinės ir mineralinės rūgštys.

Cheminės vandenilio savybės

Cheminio aktyvumo požiūriu vandenilis yra gana stiprus reduktorius. Daugelyje reakcijų jis pasižymi būtent tokiomis savybėmis. Tačiau sąveikaujant su dar stipresniais metalais jis tampa oksidatoriumi.

Pramonėje labai svarbi vandenilio sąveika su metalų oksidais. Juk tai vienas iš būdų pastarąjį gauti gryniausiu pavidalu. Hidrotermija yra metalurginis grynų metalų sintezės iš jų oksidų, redukuojant vandeniliu, metodas.

Vandenilio reakcijos su oksidu forma yra tokia:Aš_xO_y + H₂=H₂O + aš.

Žinoma, tai nėra vienintelis grynų metalų sintezės būdas. Yra ir kitų. Tačiau oksidų redukcija vandeniliu yra energetiškai gana pelningas ir nesudėtingas gamybos procesas, kuris buvo plačiai pritaikytas.

Įdomu ir tai, kad susimaišius su oru, vandenilio dujos gali sudaryti labai sprogų mišinį. Jo pavadinimas yra sprogiosios dujos. Norėdami tai padaryti, reikia maišyti dviem tūriais vandenilio vienam deguoniui.

Vanduo yra vandenilio oksidas

Tai, kad šis oksidas yra labai svarbus, jau keletą kartų minėjome. Dabar apibūdinkime jį chemijos požiūriu. Ar šis junginys tikrai priklauso šiai neorganinių medžiagų klasei?

Norėdamas tai padaryti, jis bandys parašyti formulę šiek tiek kitaip: H₂O=HON. Esmė ta pati, atomų skaičius toks pat, tačiau dabar akivaizdu, kad prieš mus yra hidroksidas. Kokias savybes jis turėtų turėti? Apsvarstykite junginio disociaciją:

NE=H⁺ + OH^-.

Todėl savybės yra rūgštinės, nes tirpale yra vandenilio katijonų. Be to, jie negali būti baziniai, nes šarmai sudaro tik metalus.

Todėl kitas pavadinimas, turintis vandenilio oksidą, yra paprasčiausios sudėties deguonies turinti rūgštis. Kadangi tokie sudėtingi susipynimai būdingi konkrečiai molekulei, todėl jos savybės bus ypatingos. Ir savybės yra atstumtos nuomolekulės struktūrą, todėl mes ją analizuosime.

Vandens molekulės struktūra

Pirmą kartą Nielsas Bohras pagalvojo apie šį modelį ir jam priklauso pirmenybė bei autorystė šiuo klausimu. Jie įdiegė šias savybes.

1. Vandens molekulė yra dipolis, nes ją sudarančių elementų elektronegatyvumas labai skiriasi.
2. Jo trikampė forma, vandenilis apačioje ir deguonis viršuje.
3. Dėl šios struktūros ši medžiaga gali sudaryti vandenilinius ryšius tiek tarp to paties pavadinimo molekulių, tiek su kitais junginiais, kurių sudėtyje yra stipriai elektroneigiamo elemento.

Žiūrėkite, kaip schematiškai atrodo nagrinėjamas vandenilio oksidas toliau esančioje nuotraukoje.

Fizikinės vandenilio oksido savybės

Galima išskirti kelias pagrindines charakteristikas.

1. Agregacijos būsena: dujinė – garai, skysta, kieta – sniegas, ledas.
2. Virimo temperatūra – 100⁰C (99, 974).
3. Lydymosi temperatūra – 0⁰C.
4. Vanduo gali susitraukti, kai šildomas 0-4⁰C temperatūroje. Tai paaiškina ledo susidarymą ant paviršiaus, kurio tankis yra mažesnis, ir gyvybės išsaugojimą esant vandenilio oksido storiui.
5. Didelė šilumos talpa, bet labai mažas šilumos laidumas.
6. Skystoje būsenoje vandenilio oksidas yra klampus.
7. Paviršiaus įtempimas ir negatyvo susidarymaselektrinis potencialas vandens paviršiuje.

Kaip minėjome aukščiau, savybių savybės priklauso nuo struktūros. Taigi čia. Gebėjimas sudaryti vandenilinius ryšius lėmė panašias šio junginio savybes.

Vandenilio oksidas: cheminės savybės

Chemijos požiūriu vandens aktyvumas yra gana didelis. Ypač kai kalbama apie reakcijas, lydimas kaitinimo. Su kuo gali reaguoti vandenilio oksidas?

1. Su metalais, kurių įtampa yra iki vandenilio. Tuo pačiu metu su aktyviausiu (iki aliuminio) specialių sąlygų nereikia, o turintys mažesnį redukcinį gebėjimą reaguoja tik su garais. Tie, kurie stovi po vandenilio, visiškai nepajėgūs įsilieti į tokią sąveiką.
2. Su nemetalais. Ne su visais, bet su dauguma. Pavyzdžiui, fluoro atmosferoje vanduo dega violetine liepsna. Taip pat galima reakcija su chloru, anglimi, siliciu ir kitais atomais.
3. Su metalų oksidais (baziniais) ir rūgštiniais (nemetalais). Susidaro atitinkamai šarmai ir rūgštys. Tarp metalų tokių reakcijų gali sukelti pirmųjų dviejų pagrindinių pogrupių grupių atstovai, išskyrus magnį ir berilį. Nemetalai, kurie sudaro rūgštinius oksidus, sąveikauja su vandeniu. Išimtis yra upės smėlis – SiO₂.

Pavyzdys yra vandenilio oksido reakcijos lygtis: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Pleisk gamtoje

Mes jau išsiaiškinome, kad ši medžiaga -labiausiai paplitęs pasaulyje. Pažymime procentą objektuose.

1. Apie 70 % žmonių ir žinduolių kūno svorio. Kai kurios faunos apie 98 % vandenilio oksido (medūzos).
2. 71 % Žemės yra padengta vandeniu.
3. Didžiausia masė yra vandenynų vanduo.
4. Apie 2 % randama ledynuose.
5. 0, 63 % po žeme.
6. 0,001 % yra atmosferinis (rūkas).
7. Augalų kūną sudaro 50 % vandens, kai kurių rūšių net daugiau.
8. Daugelis junginių susidaro kaip kristaliniai hidratai, kuriuose yra surišto vandens.

Šį sąrašą galima tęsti ilgai, nes sunku prisiminti ką nors, kas neapima vandens arba kažkada nebuvo. Arba susidaro nedalyvaujant šiam oksidui.

Gavimo būdai

Vandenilio oksido gavimas neturi pramoninės vertės. Juk lengviau naudoti paruoštus š altinius – upes, ežerus ir kitus vandens telkinius, nei išleisti didžiulį kiekį energijos ir reagentų. Todėl laboratorijoje tikslinga gauti tik distiliuotą labai gryną vandenį.

Šiais tikslais naudojami tam tikri įrenginiai, pvz., distiliavimo kubeliai. Toks vanduo reikalingas daugeliui cheminių sąveikų, nes neapdorotame vandenyje yra daug priemaišų, druskų, jonų.

Biologinis vaidmuo

Teigti, kad vanduo naudojamas visur, yra per menka. Neįsivaizduojama savo gyvenimo be šio ryšio. Nuoryto ir iki išnaktų žmogus nuolat jį naudoja tiek buities, tiek pramonės reikmėms.

Vandenilio oksido savybės reiškia, kad jis naudojamas kaip universalus tirpiklis. Ir ne tik laboratorijoje. Bet ir gyvose būtybėse, kur kas sekundę vyksta tūkstančiai biocheminių reakcijų.

Be to, pats vanduo yra daugelio sintezių dalyvis, jis taip pat yra jų šalutinis produktas. Kiekvienas žmogus Žemėje per 60 metų praeina maždaug 50 tonų šios nuostabios medžiagos!

Naudojamas vandenilio oksidas:

• visose pramonės šakose;
• medicina;
• cheminė sintezė;
• visų tipų pramonės šakose;
• namų ūkio poreikiai;
• žemės ūkis.

Sunku apibrėžti gyvenimo sritį, kurioje galėtumėte apsieiti be vandens. Vienintelės gyvos būtybės, kurių sudėtyje nėra vandenilio oksido ir gyvena be jo, yra virusai. Štai kodėl žmogui sunku kovoti su šiais organizmais.