Kimya organik. Hidrojen. Fiziksel ve kimyasal özellikler, hidrojenin oksijenle reaksiyonunun denkleminin elde edilmesi

Genel ve inorganik kimya

Anlatım 6. Hidrojen ve oksijen. Suçlu. Hidrojen peroksit.

Hidrojen

Hidrojen atomu kimyanın en basit nesnesidir. Kesin konuşmak gerekirse, iyonu - proton - daha da basittir. İlk olarak 1766'da Cavendish tarafından tanımlanmıştır. Adı Yunancadan gelmektedir. "Hidro genler" - su üretir.

Hidrojen atomunun yarıçapı yaklaşık 0,5 * 10-10 m'dir ve iyonu (proton) 1,2 * 10-15 m'dir veya 50 pm ila 1,2 * 10-3 pm veya 50 metre (CXA'nın köşegeni) 1 mm'ye kadar.

Sonraki 1s elementi lityum, Li + için sadece 155 pm'den 68 pm'ye değişir. Bir atomun boyutlarındaki ve katyonundaki bu fark (5 büyüklük sırası) benzersizdir.

Protonun küçük boyutu nedeniyle, bir değişim hidrojen bağı, öncelikle oksijen, nitrojen ve flor atomları arasında. Hidrojen bağlarının gücü, çoğu sıradan bağın kırılma enerjisinden (organik moleküllerde 100-150 kJ / mol) çok daha az olan, ancak 370 C'de termal hareketin ortalama kinetik enerjisinden daha fazla olan 10-40 kJ / mol'dür. (4 kJ / mol). Sonuç olarak, canlı bir organizmada, hidrojen bağları geri dönüşümlü olarak kırılır ve hayati süreçlerin seyrini sağlar.

Hidrojen 14 K'da erir, 20.3 K'da kaynar (basınç 1 atm), sıvı hidrojenin yoğunluğu sadece 71 g / l'dir (sudan 14 kat daha hafif).

Nadir bir yıldızlararası ortamda, 0,1 mm mertebesinde bir Bohr yarıçapına (r = n2 * 0,5 * 10-10 m) karşılık gelen 18 m dalga boyuna sahip n 733 → 732'ye kadar geçişlerle uyarılmış hidrojen atomları bulundu. (!).

Uzaydaki en yaygın element (atomların %88,6'sı, atomların %11.3'ü helyum ve sadece %0,1'i diğer tüm elementlerin atomlarıdır).

4 H → 4 He + 26.7 MeV 1 eV = 96.48 kJ / mol

Protonların dönüşü 1/2 olduğundan, hidrojen moleküllerinin üç çeşidi vardır:

paralel nükleer spinli ortohidrojen o-H2, parahidrojen p-H2 ile antiparalel spinler ve normal n-H2 - %75 orto-hidrojen ve %25 para-hidrojen karışımı. o-H2 → p-H2 dönüşümü 1418 J / mol salmaktadır.

Orto- ve parahidrojenin özellikleri

Hidrojenin atom kütlesi mümkün olan en düşük olduğundan, izotopları - döteryum D (2 H) ve trityum T (3 H), fiziksel ve kimyasal özelliklerde protium 1 H'den önemli ölçüde farklıdır. Örneğin, organik bir bileşikteki hidrojenlerden birinin döteryum ile değiştirilmesi, titreşimsel (kızılötesi) spektrumunda belirgin şekilde yansıtılır ve bu da karmaşık moleküllerin yapısını oluşturmayı mümkün kılar. Bu tür ikameler ("etiketlenmiş atomların yöntemi") ayrıca kompleks mekanizmalarını oluşturmak için kullanılır.

kimyasal ve biyokimyasal süreçler. İzleyici yöntemi, protyum yerine radyoaktif trityum kullanıldığında özellikle hassastır (β-çürüme, yarı ömür 12,5 yıl).

Protium ve döteryumun özellikleri

		Yoğunluk, g / l (20 K)



ana yöntem hidrojen üretimi endüstride - metan dönüşümü
veya kömürün 800-11000 C'de hidrasyonu (katalizör):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2	10000 С'nin üzerinde
"Su gazı": C + H2 O = CO + H2	10000 С'nin üzerinde
Ardından CO dönüşümü: CO + H2 O = CO2 + H2			4000 C, kobalt oksitler

Toplam: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

Diğer hidrojen kaynakları.

Kok fırın gazı: yaklaşık %55 hidrojen, %25 metan, %2'ye kadar ağır hidrokarbonlar, %4-6 CO, %2 CO2, %10-12 azot.

Yanma ürünü olarak hidrojen:

Si + Ca (OH) 2 + 2 NaOH = Na2 SiO3 + CaO + 2 H2

1 kg piroteknik karışım için 370 litreye kadar hidrojen salınır.

Basit bir madde formundaki hidrojen, amonyak üretimi ve bitkisel yağların hidrojenasyonu (sertleştirilmesi), bazı metal oksitlerin (molibden, tungsten) indirgenmesi, hidritlerin (LiH, CaH2,

LiAlH4).

Reaksiyon entalpisi: H. + H. = H2 -436 kJ / mol'dür, bu nedenle atomik hidrojen, yüksek sıcaklıkta indirgeme "alev" ("Langmuir brülörü") elde etmek için kullanılır. Bir elektrik arkındaki hidrojen akımı 35.000 C'de %30 oranında atomize edilir, daha sonra atomların yeniden birleştirilmesi sırasında 50.000 C'ye ulaşmak mümkündür.

Sıvılaştırılmış hidrojen roketlerde yakıt olarak kullanılır (bkz. oksijen). Kara taşımacılığı için gelecek vaat eden çevre dostu yakıt; metal hidrit hidrojen akümülatörlerinin kullanımına yönelik deneyler devam etmektedir. Örneğin, LaNi5 alaşımı aynı hacimde (alaşım hacmi olarak) sıvı hidrojen içerdiğinden 1.5-2 kat daha fazla hidrojen emebilir.

Oksijen

Genel olarak kabul edilen verilere göre, oksijen 1774'te J. Priestley ve bağımsız olarak K. Scheele tarafından keşfedildi. Oksijenin keşfinin öyküsü, paradigmaların bilimin ilerlemesi üzerindeki etkisinin güzel bir örneğidir (bkz. Ek 1).

Görünüşe göre oksijen aslında resmi tarihten çok daha önce keşfedildi. 1620'de, herkes Cornelius van Drebbel tarafından tasarlanan bir denizaltıda Thames'e (Thames'te) binebilirdi. Tekne, bir düzine kürekçinin çabaları sayesinde su altında hareket etti. Çok sayıda görgü tanığının ifadesine göre, denizaltının mucidi, içindeki havayı kimyasal bir şekilde “tazeleyerek” nefes alma sorununu başarıyla çözdü. Robert Boyle 1661'de şöyle yazdı: “... Teknenin mekanik yapısına ek olarak, mucidin kimyasal bir solüsyonu (likör) vardı.

tüplü dalışın ana sırrı olarak kabul edilir. Ve zaman zaman havanın solunabilir kısmının zaten tüketildiğine ve teknedeki insanların nefes almasını zorlaştırdığına ikna olduğunda, bu solüsyonla dolu kabı açarak havayı hızla yenileyebilirdi. yeterince uzun bir süre nefes almaya tekrar uygun hale getirecek hayati parçaların içeriği ”.

Sakin bir durumdaki sağlıklı bir insan, günde yaklaşık 7200 litre havayı ciğerlerine pompalayarak 720 litre oksijeni geri alınamaz bir şekilde alır. 6 m3 hacimli kapalı bir odada, bir kişi havalandırma olmadan 12 saate kadar ve fiziksel çalışma ile 3-4 saat dayanabilir. Nefes alma zorluğunun ana nedeni oksijen eksikliği değil, karbondioksit birikimi%0,3 ile %2,5 arasında.

Uzun bir süre boyunca, oksijen üretmenin ana yöntemi "baryum" döngüsüydü (Brin'in yöntemiyle oksijen elde etmek):

BaSO4 -t- → BaO + SO3;

5000 C ->

BaO + 0,5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

Drebbel'in gizli çözümü bir hidrojen peroksit çözeltisi olabilir: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

Piro karışımın yanması sırasında oksijen üretimi: NaClO3 = NaCl + 1.5 O2 + 50.5 kJ

Karışım %80'e kadar NaClO3, %10'a kadar demir tozu, %4 baryum peroksit ve cam yünü içerir.

Oksijen molekülü paramanyetiktir (pratik olarak çift yönlüdür), bu nedenle aktivitesi yüksektir. Organik maddeler, peroksit oluşumu aşamasında havada oksitlenir.

Oksijen 54.8 K'da erir, 90.2 K'da kaynar.

Oksijen elementinin allotropik modifikasyonu - ozon O3 maddesi. Dünyanın biyolojik ozon koruması son derece önemlidir. 20-25 km yükseklikte bir denge kurulur:

UV<280 нм		UV 280-320nm
O2 ----> 2 O *	O * + O2 + M -> O3	O3 -------	> O2 + O
	(M - N2, Ar)

1974'te, 25 km'den daha yüksek bir yükseklikte freonlardan oluşan atomik klorun, sanki "ozon" ultraviyole ışığının yerini alıyormuş gibi ozonun çürümesini katalize ettiği keşfedildi. Bu UV cilt kanserine neden olabilir (Amerika Birleşik Devletleri'nde yılda 600 bin vakaya kadar). Aerosol kutularındaki freon yasağı, 1978'den beri Amerika Birleşik Devletleri'nde yürürlüktedir.

1990'dan bu yana, yasaklı maddeler listesi (92 ülkede) CH3 CCl3, CCl4, klorlu bromohidrokarbonları içerir - üretimleri 2000 yılına kadar kısıtlanmıştır.

Hidrojenin oksijende yanması

Reaksiyon çok karmaşıktır (Ders 3'teki diyagram), bu nedenle pratik uygulamaya başlamadan önce uzun bir çalışma gerekliydi.

21 Temmuz 1969 ilk dünyalı - N. Armstrong ayda yürüdü. Satürn 5 roketi (Wernher von Braun tarafından tasarlandı) üç aşamadan oluşuyor. Birincisi, gazyağı ve oksijen, ikinci ve üçüncü - sıvı hidrojen ve oksijen. Toplam 468 ton sıvı O2 ve H2. 13 başarılı lansman yapıldı.

Nisan 1981'den bu yana ABD, Uzay Mekiği'ni uçuruyor: 713 ton sıvı O2 ve H2 ve ayrıca her biri 590 tonluk iki katı itici güçlendirici (toplam katı yakıt kütlesi 987 ton). TTU'ya ilk 40 km tırmanış, 40'tan 113 km'ye kadar motorlar hidrojen ve oksijenle çalışıyor.

15 Mayıs 1987 Energia'nın ilk lansmanı, 15 Kasım 1988 Buran'ın ilk ve tek uçuşu. Fırlatma ağırlığı 2400 ton, yakıt kütlesi (gazyağı

yan bölmeler, sıvı O2 ve H2) 2000 ton Motor gücü 125000 MW, taşıma kapasitesi 105 ton.

Yanma her zaman kontrollü ve başarılı olmadı.

1936'da dünyanın en büyük hidrojen zeplin LZ-129 "Hindenburg" inşa edildi. Hacim 200.000 m3, yaklaşık 250 m uzunluk, 41.2 m çap. 1100 hp'lik 4 motor sayesinde hız 135 km/s, yük 88 ton Zeplin Atlantik boyunca 37 uçuş yaptı ve 3 binden fazla yolcu taşıdı.

6 Mayıs 1937'de Amerika Birleşik Devletleri'ne yanaşırken, zeplin patladı ve yandı. Biri Olası nedenler- sabotaj.

28 Ocak 1986'da, uçuşun 74. saniyesinde, Challenger yedi kozmonotla patladı - Mekik sisteminin 25. uçuşu. Nedeni, katı yakıt hızlandırıcısındaki bir kusurdur.

Gösteri:

infilaklı gaz patlaması (hidrojen ve oksijen karışımı)

Yakıt hücreleri

Bu yanma reaksiyonunun teknik olarak önemli bir çeşidi, süreci ikiye bölmektir:

hidrojen elektrooksidasyonu (anot): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

oksijen elektro-indirgenmesi (katot): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

Böyle bir "yanmanın" gerçekleştirildiği sistem - yakıt hücresi... Verimliliği termik santrallerden çok daha yüksektir, çünkü

ısı üretiminin özel aşaması. Maksimum verimlilik = ∆ G / ∆ H; hidrojenin yanması için %94 elde edilir.

Etkisi 1839'dan beri biliniyor, ancak pratikte çalışan ilk yakıt hücreleri uygulandı.

20. yüzyılın sonunda uzayda (İkizler, Apollo, Shuttle - ABD, Buran - SSCB).

Yakıt Pili Beklentileri [17]

Washington DC'deki bir bilimsel konferansta konuşan Ballard Power Systems sözcüsü, bir yakıt hücreli motorunun dört ana kriteri karşıladığı zaman ticari olarak uygulanabilir hale geleceğini vurguladı: azaltılmış enerji maliyetleri, artan dayanıklılık, azaltılmış tesis boyutu ve hızlı çalıştırma yeteneği soğuk havalarda.... Yakıt hücresi tesisi tarafından üretilen bir kilovatlık enerjinin maliyeti 30 dolara düşürülmelidir. Karşılaştırma için, 2004'te aynı rakam 103 dolardı ve 2005'te 80 dolara ulaşması bekleniyor. Bu fiyata ulaşmak için yılda en az 500 bin motor üretmek gerekiyor. Avrupalı bilim adamları tahminlerinde daha temkinli ve hidrojen yakıt hücrelerinin otomotiv endüstrisinde ticari kullanımının 2020'den önce başlamayacağına inanıyorlar.

10.1 Hidrojen

"Hidrojen" adı hem kimyasal bir elementi hem de basit bir maddeyi ifade eder. eleman hidrojen hidrojen atomlarından oluşur. basit madde hidrojen hidrojen moleküllerinden oluşur.

a) Kimyasal element hidrojen

Doğal element dizisinde hidrojenin sıra sayısı 1'dir. Elementler sisteminde hidrojen IA veya VIIA grubunda ilk periyotta yer alır.

Hidrojen, Dünya'da en bol bulunan elementlerden biridir. Atmosfer, hidrosfer ve Dünya'nın litosferindeki hidrojen atomlarının molar kesri (hep birlikte buna yer kabuğu denir) 0.17'dir. Suda, birçok mineralde, petrolde, doğalgazda, bitkilerde ve hayvanlarda bulunur. İnsan vücudu ortalama olarak yaklaşık 7 kilogram hidrojen içerir.

Hidrojenin üç izotopu vardır:
a) hafif hidrojen - protiyum,
b) ağır hidrojen - döteryum(NS),
c) süper ağır hidrojen - trityum(T).

Trityum kararsız (radyoaktif) bir izotoptur, bu nedenle pratikte doğada oluşmaz. Döteryum kararlıdır, ancak çok azı: w D = %0.015 (tüm karasal hidrojen kütlesinin). Bu nedenle, hidrojenin atom kütlesi 1 D'den (1.00794 D) çok az farklıdır.

b) Hidrojen atomu

Kimya dersinin önceki bölümlerinden, hidrojen atomunun aşağıdaki özelliklerini zaten biliyorsunuz:

Hidrojen atomunun değerlik yetenekleri, tek bir değerlik orbitalinde bir elektronun varlığı ile belirlenir. Yüksek bir iyonlaşma enerjisi, bir hidrojen atomunun bir elektrondan vazgeçmeye meyilli olmamasını sağlar ve bir elektron için çok yüksek olmayan bir ilgi enerjisi, onu kabul etmeye hafif bir eğilime yol açar. Sonuç olarak, kimyasal sistemlerde H katyonunun oluşumu imkansızdır ve H anyonlu bileşikler çok kararlı değildir. Bu nedenle, hidrojen atomu için en karakteristik, bir eşleşmemiş elektronu nedeniyle diğer atomlarla kovalent bir bağ oluşmasıdır. Ve bir anyon oluşumu durumunda ve bir kovalent bağ oluşumu durumunda, hidrojen atomu tek değerlidir.
Basit bir maddede, hidrojen atomlarının oksidasyon durumu sıfırdır, çoğu bileşikte hidrojen, + I oksidasyon durumu sergiler ve yalnızca hidrojenin en az elektronegatif elementlerinin hidritlerinde -I oksidasyon durumuna sahiptir.
Hidrojen atomunun değerlik yetenekleri ile ilgili bilgiler tablo 28'de verilmiştir. Herhangi bir atoma bir kovalent bağla bağlı hidrojen atomunun değerlik durumu tabloda "H-" sembolü ile gösterilmiştir.

Tablo 28.Hidrojen atomunun değerlik yetenekleri

değerlik durumu		kimyasal örnekleri
	ben 0 -BEN	HCl, H20, H2S, NH3, CH4, C2H6, NH4Cl, H2S04, NaHC03, KOH H2 B2H6, SiH4, GeH4
		NaH, KH, CaH2, BaH2

c) Hidrojen molekülü

İki atomlu hidrojen molekülü H2, hidrojen atomları kendileri için mümkün olan tek kovalent bağ ile bağlandığında oluşur. Bağ, değişim mekanizması tarafından oluşturulur. Bu arada elektron bulutları üst üste biniyor, bu s-bağıdır (Şekil 10.1 a). Atomlar aynı olduğu için bağ polar değildir.

Bir hidrojen molekülünde atomlar arası mesafe (daha kesin olarak, atomlar titreştiği için denge atomlar arası mesafe) r(H – H) = 0.74 A (şekil 10.1 v), yörünge yarıçaplarının (1.06 A) toplamından çok daha azdır. Sonuç olarak, bağlı atomların elektron bulutları derinden örtüşür (Şekil 10.1). B) ve hidrojen molekülündeki bağ güçlüdür. Bu aynı zamanda bağlanma enerjisinin (454 kJ / mol) oldukça büyük değeriyle de kanıtlanmıştır.
Molekülün şeklini sınır yüzeyi ile karakterize edersek (elektron bulutunun sınır yüzeyine benzer), o zaman hidrojen molekülünün hafif deforme olmuş (uzatılmış) bir küre şekline sahip olduğunu söyleyebiliriz (Şekil 10.1). G).

d) Hidrojen (madde)

Normal şartlar altında hidrojen renksiz ve kokusuz bir gazdır. Küçük miktarlarda toksik değildir. Katı hidrojen 14 K'da (–259 °C) erir ve sıvı hidrojen 20 K'de (–253 °C) kaynar. Düşük erime ve kaynama noktaları, sıvı hidrojenin varlığı için çok küçük bir sıcaklık aralığı (sadece 6 ° C), ayrıca küçük molar füzyon ısısı değerleri (0.117 kJ / mol) ve buharlaşma (0.903 kJ / mol) hidrojendeki moleküller arası bağların çok zayıf olduğunu gösterir.
Hidrojenin yoğunluğu r (H 2) = (2 g / mol) :( 22.4 l / mol) = 0.0893 g / l. Karşılaştırma için: ortalama hava yoğunluğu 1,29 g / l'dir. Yani hidrojen havadan 14.5 kat daha hafiftir. Suda pratik olarak çözünmez.
Oda sıcaklığında hidrojen aktif değildir, ancak ısıtıldığında birçok madde ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonlarda, hidrojen atomları oksidasyon durumlarını hem artırabilir hem de azaltabilir: Н 2 + 2 e- = 2H -I, H 2 - 2 e- = 2H + I.
İlk durumda, hidrojen, örneğin sodyum veya kalsiyum ile reaksiyonlarda oksitleyici bir ajandır: 2Na + H2 = 2NaH, ( T) Ca + H2 = CaH 2. ( T)
Ancak hidrojenin indirgeme özellikleri daha karakteristiktir: O 2 + 2H 2 = 2H 2 O, ( T)
CuO + H 2 = Cu + H 2 O. ( T)
Hidrojen ısıtıldığında sadece oksijen tarafından değil, aynı zamanda flor, klor, kükürt ve hatta nitrojen gibi diğer bazı metal olmayan maddeler tarafından da oksitlenir.
Laboratuvarda reaksiyon sonucunda hidrojen elde edilir.

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Çinko yerine demir, alüminyum ve diğer bazı metaller, sülfürik asit yerine diğer bazı seyreltik asitler kullanılabilir. Elde edilen hidrojen, suyun yer değiştirme yöntemiyle bir test tüpünde toplanır (bkz. Şekil 10.2). B) veya basitçe ters çevrilmiş bir şişeye (şekil 10.2) a).

Endüstride hidrojen, bir nikel katalizörü varlığında 800 ° C'de su buharı ile etkileşimi ile doğal gazdan (esas olarak metan) büyük miktarlarda elde edilir:

CH 4 + 2H20 = 4H2 + CO2 ( T, Ni)

veya kömür yüksek sıcaklıkta su buharı ile işlenir:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO2. ( T)

Saf hidrojen, sudan elektrik akımı ile ayrıştırılarak (elektrolize tabi tutularak) elde edilir:

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (elektroliz).

e) Hidrojen bileşikleri

Hidrürler (hidrojen içeren ikili bileşikler) iki ana tipe ayrılır:
a) uçucu (moleküler) hidritler,
b) tuz benzeri (iyonik) hidritler.
IVA - VIIA grupları ve bor elementleri moleküler hidritleri oluşturur. Bunlardan yalnızca metal olmayan elementlerin hidritleri kararlıdır:

B2H6,CH4; NH3; H20; HF
SiH4;PH3; H2S; HCl
KH3; H2Se; HBr
H2Te; SELAM
Su hariç, tüm bu bileşikler oda sıcaklığında gaz halindeki maddelerdir, dolayısıyla adları - "uçucu hidritler".
Metal olmayanları oluşturan elementlerden bazıları daha karmaşık hidritlerde de bulunur. Örneğin, karbon, genel formül C'ye sahip bileşikler oluşturur. n H2 n+2, C n H2 n, C n H2 n–2 ve diğerleri, nerede nçok büyük olabilir (bu bileşikler organik kimya tarafından incelenir).
İyonik hidritler, alkali, alkali toprak elementleri ve magnezyum hidritlerini içerir. Bu hidritlerin kristalleri, en yüksek oksidasyon durumunda Me veya Me2'de (elementler sisteminin grubuna bağlı olarak) H anyonları ve metal katyonlarından oluşur.

LiH
Hayır	MgH 2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CSH	BaH2

Hem iyonik hem de hemen hemen tüm moleküler hidritler (H20 ve HF hariç) indirgeyici maddelerdir, ancak iyonik hidritler moleküler olanlardan çok daha güçlü indirgeme özellikleri sergiler.
Hidritlere ek olarak, hidrojen, hidroksitlerin ve bazı tuzların bir parçasıdır. Bu daha karmaşık hidrojen bileşiklerinin özelliklerini aşağıdaki bölümlerde öğreneceksiniz.
Endüstride üretilen hidrojenin ana tüketicileri, amonyağın doğrudan azot ve hidrojenden elde edildiği amonyak ve azotlu gübrelerin üretimine yönelik tesislerdir:

N 2 + 3H 2 2NH 3 ( r, T, Pt - katalizör).

Büyük miktarlarda hidrojen, 2H2 + CO = CH30H reaksiyonuyla metil alkol (metanol) elde etmek için kullanılır ( T, ZnO - katalizör) ve ayrıca doğrudan klor ve hidrojenden elde edilen hidrojen klorür üretiminde:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Bazen metalurjide hidrojen, saf metallerin üretiminde indirgeyici ajan olarak kullanılır, örneğin: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

1. a) protium, b) döteryum, c) trityumun çekirdeği hangi parçacıklardır?
2. Hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisini diğer elementlerin atomlarının iyonlaşma enerjisiyle karşılaştırın. Hidrojen bu özelliğe en yakın element hangisidir?
3. Elektron ilgi enerjisi için de aynısını yapın
4. Bileşiklerdeki kovalent bağın polarizasyon yönünü ve hidrojenin oksidasyon durumunu karşılaştırın: a) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; b) CH4, SiH4, GeH4.
5. Hidrojenin en basit, moleküler, yapısal ve uzaysal formülünü yazın. Hangisi en yaygın olarak kullanılır?
6. Sıklıkla şöyle söylenir: "Hidrojen havadan daha hafiftir." Ne anlama geliyor? Bu ifade ne zaman tam anlamıyla alınabilir, ne zaman alınamaz?
7. Potasyum ve kalsiyum hidritlerin yanı sıra amonyak, hidrojen sülfür ve hidrojen bromürün yapısal formüllerini yapın.
8. Molar füzyon ısılarını ve hidrojenin buharlaşmasını bilerek, karşılık gelen belirli miktarların değerlerini belirleyin.
9. Ana olayı gösteren dört reaksiyonun her biri için Kimyasal özellikler hidrojen, elektronik bir denge oluşturur. Oksidanları ve indirgeyici maddeleri not edin.
10. Laboratuvarda 4.48 litre hidrojen elde etmek için gereken çinko kütlesini belirleyin.
11. Hacim oranı 1:2 olan 30 m3 metan ve su buharı karışımından elde edilebilecek hidrojenin kütlesini ve hacmini %80 verimle belirleyiniz.
12. Hidrojenin a) florin, b) kükürt ile etkileşiminde meydana gelen reaksiyonların denklemlerini yapın.
13. Aşağıdaki reaksiyon şemaları, iyonik hidritlerin ana kimyasal özelliklerini göstermektedir:

a) MH + O 2 MOH ( T); b) MH+Cl2MC1+HCl ( T);
c) MH + H20 MOH + H2; d) MH + HCl (p) MCl + H2
Burada M lityum, sodyum, potasyum, rubidyum veya sezyumdur. M sodyum ise karşılık gelen reaksiyonların denklemlerini yazın. Kalsiyum hidridin kimyasal özelliklerini reaksiyon denklemleriyle gösterin.
14. Elektronik denge yöntemini kullanarak, bazı moleküler hidritlerin indirgeme özelliklerini göstermek için aşağıdaki reaksiyonlar için denklemleri yazın:
a) HI + Cl2HCl + I2 ( T); b) NH3 + O 2 H 2 O + N 2 ( T); c) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( T).

10.2 Oksijen

Hidrojen durumunda olduğu gibi, "oksijen" kelimesi hem kimyasal bir elementin hem de basit bir maddenin adıdır. Basit bir maddeye ek olarak " oksijen"(dioksijen) kimyasal element oksijen "olarak adlandırılan başka bir basit madde oluşturur. ozon"(trioksijen). Bunlar oksijenin allotropik modifikasyonlarıdır. Oksijen maddesi oksijen molekülleri O2'den oluşur ve ozon maddesi ozon O3 moleküllerinden oluşur.

a) Kimyasal element oksijen

Doğal element dizisinde oksijenin sıra sayısı 8'dir. Elementler sisteminde oksijen VIA grubunda ikinci periyottadır.
Oksijen yeryüzünde en bol bulunan elementtir. Yerkabuğunda, her ikinci atom bir oksijen atomudur, yani atmosferdeki, hidrosferdeki ve Dünya'nın litosferindeki oksijenin molar fraksiyonu yaklaşık %50'dir. Oksijen (madde) - bileşen hava. Havadaki oksijenin hacim oranı %21'dir. Oksijen (bir element) suyun, birçok mineralin, ayrıca bitki ve hayvanların bir parçasıdır. İnsan vücudu ortalama 43 kg oksijen içerir.
Doğal oksijen üç izotoptan (16 O, 17 O ve 18 O) oluşur, bunlardan en hafifi 16 O en bol olanıdır.Bu nedenle, oksijenin atom kütlesi 16 D'ye (15.9994 D) yakındır.

b) Oksijen atomu

Oksijen atomunun aşağıdaki özelliklerine aşinasınız.

Tablo 29.Oksijen atomu değeri

değerlik durumu		kimyasal örnekleri
		Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 *

	-II -BEN 0 + ben + II	H 2 O, SO 2, SO 3, CO 2, SiO 2, H 2 SO 4, HNO 2, HClO 4, COCl 2, H 2 O 2 O 2 ** O 2 F 2 2 OF
		NaOH, KOH, Ca (OH) 2, Ba (OH) 2 Na 2 O 2, K 2 O 2, CaO 2, BaO 2
		Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, BaO, FeO, La 2 O 3

* Bu oksitler de iyonik bileşikler olarak kabul edilebilir.
** Bir moleküldeki oksijen atomları belirli bir değerlik durumunda değildir; bu sadece oksijen atomlarının oksidasyon durumu sıfıra eşit olan bir madde örneğidir.
Yüksek iyonlaşma enerjisi (hidrojen gibi), oksijen atomundan basit bir katyon oluşumunu engeller. Elektron afinite enerjisi oldukça yüksektir (neredeyse hidrojeninkinin iki katı), bu da oksijen atomunun elektronları bağlaması için daha büyük bir eğilim ve O2A anyonları oluşturma yeteneği sağlar. Ancak oksijen atomu için elektron afinitesinin enerjisi, halojen atomlarının ve hatta VIA grubunun diğer elementlerininkinden hala daha azdır. Bu nedenle, oksijen anyonları ( oksit iyonları) sadece atomları çok kolay elektron veren elementlere sahip oksijen bileşiklerinde bulunur.
İki eşleşmemiş elektronu sosyalleştirerek, bir oksijen atomu iki kovalent bağ oluşturabilir. Uyarılmanın imkansızlığı nedeniyle, iki yalnız elektron çifti yalnızca bir verici-alıcı etkileşimine girebilir. Böylece bağın ve hibridizasyonun çokluğu göz ardı edilerek oksijen atomu beş değerlik durumundan birinde olabilir (Tablo 29).
Oksijen atomunun en karakteristik özelliği, değerlik halidir. W k = 2, yani iki eşleşmemiş elektron nedeniyle iki kovalent bağ oluşumu.
Oksijen atomunun çok yüksek elektronegatifliği (daha yüksek - sadece flor için), bileşiklerinin çoğunda oksijenin -II oksidasyon durumuna sahip olmasına yol açar. Oksijenin oksidasyon durumunun diğer değerlerini sergilediği, bazıları Tablo 29'da örnek olarak gösterilen maddeler vardır ve karşılaştırmalı stabilite Şekil 2'de gösterilmiştir. 10.3.

c) Oksijen molekülü

İki atomlu oksijen molekülü O2'nin iki eşleşmemiş elektron içerdiği deneysel olarak tespit edilmiştir. Değerlik bağları yöntemi kullanılarak bu molekülün böyle bir elektronik yapısı açıklanamaz. Bununla birlikte, oksijen molekülündeki bağ, kovalent özelliklere yakındır. Oksijen molekülü polar değildir. Atomlar arası mesafe ( r o – o = 1.21 A = 121 nm), basit bir bağla bağlanan atomlar arasındaki mesafeden daha azdır. Molar bağlanma enerjisi oldukça yüksektir ve 498 kJ/mol'dür.

d) Oksijen (madde)

Normal şartlar altında oksijen renksiz ve kokusuz bir gazdır. Katı oksijen 55 K'de (–218 °C) erir ve sıvı oksijen 90 K'da (–183 °C) kaynar.
Katı ve sıvı oksijendeki moleküller arası bağlar, sıvı oksijenin (36 ° C) varlığı için daha geniş sıcaklık aralığı ve daha yüksek molar füzyon ısıları (0.446 kJ / mol) ve buharlaşma (6, 83) ile kanıtlandığı gibi, hidrojenden biraz daha güçlüdür. kJ / mol).
Oksijen suda önemsiz derecede çözünür: 0 ° C'de sadece 5 hacim oksijen (gaz!) 100 hacim suda (sıvı!) çözülür.
Oksijen atomlarının elektronları bağlama eğiliminin yüksek olması ve elektronegatifliğin yüksek olması, oksijenin yalnızca oksitleyici özellikler sergilemesine yol açar. Bu özellikler özellikle yüksek sıcaklıklarda belirgindir.
Oksijen birçok metalle reaksiyona girer: 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( T);
metal olmayanlar: C + O 2 = CO 2, P 4 + 5O 2 = P 4 O 10,
ve karmaşık maddeler: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2.

Çoğu zaman, bu tür reaksiyonların bir sonucu olarak, çeşitli oksitler elde edilir (bkz. Bölüm II § 5), ancak aktif alkali metaller, örneğin sodyum, yanma yoluyla peroksitlere dönüştürülür:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

Elde edilen sodyum peroksitin (Na) 2 (O-O) yapısal formülü.
Oksijene yerleştirilmiş için için yanan bir kıymık alevlenir. Saf oksijeni tespit etmenin uygun ve kolay bir yoludur.
Endüstride oksijen, doğrultma (kompleks damıtma) ve laboratuvarda bazı oksijen içeren bileşiklerin termal ayrışmaya tabi tutulmasıyla havadan elde edilir, örneğin:
2KMnO 4 = K2 MnO 4 + MnO 2 + O2 (200 °C);
2KClO3 = 2KCl + 3O2 (150 °C, MnO2 - katalizör);
2KNO 3 = 2KNO 2 + 3O 2 (400 °C)
ve ayrıca, oda sıcaklığında hidrojen peroksitin katalitik bozunması ile: 2H202 = 2H20 + O2 (MnO2-katalizörü).
Saf oksijen, oksidasyonun meydana geldiği süreçleri yoğunlaştırmak ve yüksek sıcaklıkta bir alev oluşturmak için endüstride kullanılır. Roketçilikte, oksitleyici olarak sıvı oksijen kullanılır.
Oksijen, bitkilerin, hayvanların ve insanların yaşamını sürdürmesi için büyük önem taşır. Normal şartlar altında, bir kişinin nefes almak için yeterli oksijeni vardır. Ancak yeterli hava olmadığı veya tamamen bulunmadığı durumlarda (uçaklarda, dalış operasyonları sırasında, uzay gemilerinde vb.), özel gaz karışımları oksijen içeren. Oksijen, tıpta solunum güçlüğüne neden olan hastalıklar için de kullanılmaktadır.

e) Ozon ve molekülleri

Ozon O 3, oksijenin ikinci allotropik modifikasyonudur.
Triatomik ozon molekülü, aşağıdaki formüllerle görüntülenen, iki yapı arasında orta olan açısal bir yapıya sahiptir:

Ozon, keskin kokulu koyu mavi bir gazdır. Güçlü oksidatif aktivitesi nedeniyle zehirlidir. Ozon oksijenden bir buçuk kat "ağır" ve oksijenden biraz daha fazladır, suda çözüleceğiz.
Elektrik yıldırım deşarjları sırasında atmosferde oksijenden ozon oluşur:

3O 2 = 2O 3 ().

Normal sıcaklıklarda ozon yavaş yavaş oksijene dönüşür ve ısıtıldığında bu süreç bir patlama ile devam eder.
Ozon, dünya atmosferinin sözde "ozon tabakası"nda bulunur ve dünyadaki tüm yaşamı güneş radyasyonunun zararlı etkilerinden korur.
Bazı şehirlerde içme suyunu dezenfekte etmek (dekontamine etmek) için klor yerine ozon kullanılır.

Aşağıdaki maddelerin yapısal formüllerini çiziniz: OF 2, H 2 O, H 2 O 2, H 3 PO 4, (H 3 O) 2 SO 4, BaO, BaO 2, Ba (OH) 2. Bu maddeleri adlandırın. Bu bileşiklerdeki oksijen atomlarının değerlik durumlarını tanımlayın.
Oksijen atomlarının her birinin değerlik ve oksidasyon durumunu belirleyin.
2. Lityum, magnezyum, alüminyum, silikon, kırmızı fosfor ve selenyumun oksijenindeki yanma reaksiyonlarının denklemlerini yapın (selenyum atomları oksidasyon durumuna + IV, diğer elementlerin atomları - en yüksek oksidasyon durumuna oksitlenir). Bu reaksiyonların ürünleri hangi oksit sınıflarıdır?
3. (Normal koşullarda) a) 9 litre oksijenden, b) 8 g oksijenden kaç litre ozon elde edilebilir?

Su, yerkabuğunda en bol bulunan maddedir. Dünyadaki su kütlesinin 10 18 ton olduğu tahmin edilmektedir. Su, gezegenimizin hidrosferinin temelidir, ayrıca atmosferde bulunur, buz şeklinde Dünya'nın kutup başlıklarını ve yüksek irtifa buzullarını oluşturur ve ayrıca çeşitli kayaların bir parçasıdır. İnsan vücudundaki suyun kütle oranı yaklaşık %70'dir.
Üçünde de bulunan tek madde sudur. toplu durumlar kendilerine özel isimleri vardır.

Bir su molekülünün elektronik yapısı (Şekil 10.4 a) daha önce ayrıntılı olarak inceledik (bkz. § 7.10).
O – H bağlarının polaritesi ve açısal şekli nedeniyle su molekülü elektrik dipol.

Bir elektrik dipolünün polaritesini karakterize etmek için, "adlı fiziksel bir nicelik" bir elektrik dipolünün elektrik momenti " ya da sadece " dipol momenti ".

Kimyada dipol momenti Debyes ile ölçülür: 1 D = 3.34. 10 – 30 Kl. m

Bir su molekülünde iki polar kovalent bağ, yani her biri kendi dipol momentine (ve) sahip olan iki elektrik dipolü vardır. Molekülün toplam dipol momenti, bu iki momentin vektör toplamına eşittir (Şekil 10.5):

(H20) = ,

nerede Q 1 ve Q 2 - hidrojen atomları üzerindeki kısmi yükler (+) ve - moleküldeki atomlar arası O - H mesafeleri. Çünkü Q 1 = Q 2 = Q, bir, sonra

Su molekülü ve diğer bazı moleküllerin deneysel olarak belirlenen dipol momentleri tabloda verilmiştir.

Tablo 30.Bazı polar moleküllerin dipol momentleri

molekül	molekül	molekül

Su molekülünün dipol doğası göz önüne alındığında, genellikle şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilir:
Saf su renksiz, tatsız ve kokusuz bir sıvıdır. Suyun temel fiziksel özelliklerinden bazıları tabloda verilmiştir.

Tablo 31.Suyun bazı fiziksel özellikleri

Molar füzyon ve buharlaşma ısılarının büyük değerleri (hidrojen ve oksijenden daha yüksek bir büyüklük sırası), hem katı hem de sıvı maddelerdeki su moleküllerinin birbirine oldukça sıkı bir şekilde bağlı olduğunu gösterir. Bu bağlantılara " hidrojen bağları ".

ELEKTRİK DİPOL, DİPOL MOMENT, BAĞLAMA POLARİTESİ, MOLEKÜL POLARİTESİ.
Bir su molekülünde bağların oluşumunda oksijen atomunun kaç değerlik elektronu yer alır?
2. Bir su molekülünde hidrojen ve oksijen arasında hangi orbitaller üst üste bindiğinde bağlar oluşur?
3. Hidrojen peroksit molekülü H 2 O 2'deki bağ oluşumunun bir diyagramını yapın. Bu molekülün uzaysal yapısı hakkında ne söyleyebilirsiniz?
4. HF, HCl ve HBr moleküllerinde atomlar arası mesafeler sırasıyla 0.92'dir; 1.28 ve 1.41. Dipol moment tablosunu kullanarak, bu moleküllerdeki hidrojen atomları üzerindeki kısmi yükleri hesaplayın ve karşılaştırın.
5. Hidrojen sülfür molekülündeki atomlar arası mesafeler S - H 1,34'e eşittir ve bağlar arasındaki açı 92 ° 'dir. Kükürt ve hidrojen atomları üzerindeki kısmi yüklerin değerlerini belirleyin. Sülfür atomunun değerlik orbitallerinin hibritleşmesi hakkında ne söyleyebilirsiniz?

10.4. Hidrojen bağı

Bildiğiniz gibi, hidrojen ve oksijenin (2.10 ve 3.50) elektronegatifliğindeki önemli fark nedeniyle, su molekülündeki hidrojen atomu büyük bir pozitif kısmi yüke sahiptir ( Q h = 0.33 e) ve oksijen atomunun daha da büyük bir negatif kısmi yükü vardır ( Q h = -0.66 e). Oksijen atomunun başına iki yalnız elektron çifti olduğunu da hatırlayın. sp 3-hibrit AO. Bir su molekülünün hidrojen atomu, başka bir molekülün oksijen atomuna çekilir ve ayrıca hidrojen atomunun yarısı boş 1-AO'su oksijen atomunun bir çift elektronunu kısmen kabul eder. Moleküller arasındaki bu etkileşimlerin bir sonucu olarak, özel çeşit moleküller arası bağlar - hidrojen bağı.
Su durumunda, hidrojen bağı şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Son yapısal formülde, üç nokta (noktalı çizgi, elektronlar değil!) Hidrojen bağını gösterir.

Hidrojen bağı sadece su molekülleri arasında bulunmaz. İki koşulun karşılanması durumunda oluşur:
1) molekülde güçlü bir polar N – E bağı vardır (E, yeterince elektronegatif bir elementin atomunun sembolüdür),
2) Molekülde büyük bir negatif kısmi yüke ve yalnız bir çift elektrona sahip bir E atomu var.
E elementi flor, oksijen ve nitrojen olabilir. E klor veya kükürt ise hidrojen bağları çok daha zayıftır.
Moleküller arasında hidrojen bağı olan maddelere örnekler: hidrojen florür, katı veya sıvı amonyak, etil alkol ve diğerleri.

Sıvı hidrojen florürde, molekülleri oldukça uzun zincirlerde hidrojen bağlarıyla bağlanır ve sıvı ve katı amonyakta üç boyutlu ağlar oluşur.
Mukavemet açısından, hidrojen bağı aradadır. Kimyasal bağ ve diğer moleküller arası bağ türleri. Bir hidrojen bağının molar enerjisi genellikle 5 ila 50 kJ / mol arasındadır.
Katı suda (yani buz kristallerinde), tüm hidrojen atomları oksijen atomlarına hidrojen bağlıdır ve her oksijen atomu iki hidrojen bağı oluşturur (her iki yalnız elektron çiftini kullanarak). Bu yapı, bazı hidrojen bağlarının kırıldığı ve moleküllerin biraz daha yoğun bir şekilde "paketlenebildiği" sıvı suya kıyasla buzu "gevşek" hale getirir. Buzun yapısının bu özelliği, diğer birçok maddenin aksine, katı haldeki suyun neden sıvı halden daha düşük yoğunluğa sahip olduğunu açıklar. Su 4 ° C'de maksimum yoğunluğuna ulaşır - bu sıcaklıkta birçok hidrojen bağı kopar ve termal Genleşme yoğunlukta henüz çok güçlü değil.
Hidrojen bağları hayatımızda çok önemlidir. Bir an için hidrojen bağlarının oluşumunun durduğunu hayal edelim. İşte sonuçlardan bazıları:

oda sıcaklığındaki su, kaynama noktası yaklaşık -80 ° C'ye düşeceğinden gaz haline gelir;
buzun yoğunluğu sıvı suyun yoğunluğundan daha büyük olacağından tüm rezervuarlar alttan donacaktır;
DNA'nın ikili sarmalının varlığı ve çok daha fazlası sona erecekti.

Verilen örnekler, bu durumda gezegenimizdeki doğanın bambaşka bir hale geleceğini anlamak için yeterlidir.

HİDROJEN BAĞLARI, OLUŞUM KOŞULLARI.
formül etil alkol CH 3 –CH2 –O – H. Bu maddenin farklı moleküllerinin hangi atomları arasında hidrojen bağları oluşur? Oluşumlarını göstermek için yapısal formüller oluşturun.
2. Hidrojen bağları yalnızca tek tek maddelerde değil, aynı zamanda çözeltilerde de bulunur. a) amonyak, b) hidrojen florür, c) etanol (etil alkol) sulu bir çözeltisinde hidrojen bağlarının nasıl oluştuğunu yapısal formüller yardımıyla gösterin. = 2H2O.
Bu reaksiyonların her ikisi de suda sürekli ve eşit oranda meydana gelir, bu nedenle suda bir denge vardır: 2H 2 O AH 3 O + OH.
Bu denge denir otoprotoliz dengesi Su.

Bu tersinir işlemin doğrudan reaksiyonu endotermiktir, bu nedenle ısıtıldığında otoprotoliz artar, ancak oda sıcaklığında denge sola kaydırılır, yani H3O ve OH iyonlarının konsantrasyonu ihmal edilebilir. Neye eşittirler?
Hareket eden kitleler yasasına göre

Ancak, toplam su molekülü sayısına kıyasla reaksiyona giren su moleküllerinin sayısının önemsiz olması nedeniyle, otoprotoliz sırasında su konsantrasyonunun pratik olarak değişmediği varsayılabilir ve 2 = const Zıt yüklü iyonların bu kadar düşük bir konsantrasyonu Temiz su Bu sıvının kötü olmasına rağmen neden hala elektrik akımı ilettiğini açıklıyor.

SU OTOPROTOLİZİ, SUYUN OTOPROTOLİZ (İYONİK ÜRÜN) SABİTLERİ.
Sıvı amonyağın iyonik ürünü (kaynama noktası –33 °C) 2 · 10 –28'dir. Amonyağın otoprotolizi için denklemi çizin. Saf sıvı amonyak içindeki amonyum iyonlarının konsantrasyonunu belirleyin. Maddelerden hangisi en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir, su mu yoksa sıvı amonyak mı?

1. Hidrojenin elde edilmesi ve yanması (indirgeyici özellikler).
2. Oksijen elde edilmesi ve içindeki maddelerin yanması (oksitleyici özellikler).

Dersin amacı. Bu derste, dünyadaki yaşam için belki de en önemli kimyasal elementler hakkında bilgi edineceksiniz - hidrojen ve oksijen, bunların kimyasal özelliklerinin yanı sıra oluşturdukları basit maddelerin fiziksel özellikleri hakkında bilgi edineceksiniz, oksijen ve hidrojenin rolü hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz. doğada ve yaşamda insan.

Hidrojen- evrendeki en yaygın element. Oksijen- Dünyadaki en bol element. Birlikte su oluştururlar - insan vücudunun kütlesinin yarısından fazlasını oluşturan bir madde. Oksijen nefes almak için ihtiyaç duyduğumuz bir gazdır ve su olmadan birkaç gün yaşayamayız, bu nedenle oksijen ve hidrojen şüphesiz yaşam için gerekli en önemli kimyasal elementler olarak kabul edilebilir.

Hidrojen ve oksijen atomlarının yapısı

Böylece hidrojen metalik olmayan özellikler gösterir. Doğada hidrojen, protium, döteryum ve trityum olmak üzere üç izotop şeklinde oluşur, hidrojen izotopları fiziksel özelliklerde birbirinden çok farklıdır, bu nedenle onlara bireysel semboller bile atanır.

İzotopların ne olduğunu hatırlamıyorsanız veya bilmiyorsanız, "Bir kimyasal elementin atom çeşitleri olarak izotoplar" elektronik eğitim kaynağının materyalleriyle çalışın. İçinde, bir elementin izotoplarının birbirinden nasıl farklı olduğunu öğreneceksiniz, bu da bir elementte birkaç izotopun varlığına neden olacak ve ayrıca birkaç elementin izotopları ile tanışacaksınız.

Bu nedenle, oksijenin olası oksidasyon durumları –2 ile +2 arasındaki değerlerle sınırlıdır. Oksijen iki elektron alırsa (anyon haline gelir) veya daha az elektronegatif elementlerle iki kovalent bağ oluşturursa, -2 oksidasyon durumuna geçer. Oksijen, başka bir oksijen atomuyla bir bağ ve daha az elektronegatif bir elementin atomuyla ikinci bağ oluşturursa, -1 oksidasyon durumuna geçer. Flor (elektronegatiflik değeri daha yüksek olan tek element) ile iki kovalent bağ oluşturan oksijen, +2 oksidasyon durumuna geçer. Başka bir oksijen atomuyla bir bağ, ikincisi bir flor atomu ile - +1. Son olarak, oksijen daha az elektronegatif atomla bir bağ ve flor ile diğer bağ oluşturursa, 0 oksidasyon durumunda olacaktır.

Hidrojen ve oksijenin fiziksel özellikleri, oksijen allotropisi

Hidrojen- renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Çok hafif (havadan 14.5 kat daha hafif). Hidrojen sıvılaştırma sıcaklığı - -252.8 ° C - tüm gazlar arasında neredeyse en düşüktür (sadece helyumdan ikinci). Sıvı ve katı hidrojen çok hafif renksiz maddelerdir.

Oksijen- renksiz bir gaz, kokusuz ve tatsız, havadan biraz daha ağır. -182.9°C sıcaklıkta ağır mavi bir sıvıya dönüşür, -218°C'de ise mavi kristallerin oluşumu ile katılaşır. Oksijen molekülleri paramanyetiktir, yani oksijen bir mıknatıs tarafından çekilir. Oksijen suda az çözünür.

Tek tip moleküller oluşturan hidrojenden farklı olarak, oksijen allotropi sergiler ve iki tip molekül oluşturur, yani oksijen elementi iki basit madde oluşturur: oksijen ve ozon.

Basit maddelerin kimyasal özellikleri ve üretimi

Hidrojen.

Hidrojen molekülündeki bağ tektir, ancak doğadaki en güçlü tekli bağlardan biridir ve onu kırmak için çok fazla enerji gerekir, bu nedenle hidrojen oda sıcaklığında çok inaktiftir, ancak sıcaklık yükseldiğinde ( veya bir katalizör varlığında), hidrojen birçok basit ve karmaşık madde ile kolayca etkileşime girer.

Kimyasal bir bakış açısından, hidrojen tipik bir metal olmayandır. Yani, -1 oksidasyon durumu sergilediği hidrürler oluşturmak için aktif metallerle etkileşime girebilir. Bazı metallerle (lityum, kalsiyum) etkileşim oda sıcaklığında bile ilerler, ancak oldukça yavaştır, bu nedenle hidritlerin sentezinde ısıtma kullanılır:

Basit maddelerin doğrudan etkileşimi ile hidritlerin oluşumu sadece aktif metaller için mümkündür. Zaten alüminyum hidrojen ile doğrudan etkileşmez, hidriti değişim reaksiyonları ile elde edilir.

Hidrojen ayrıca yalnızca ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer. İstisnalar, reaksiyonları ışıkla indüklenebilen klor ve brom halojenleridir:

Flor ile reaksiyon ayrıca ısıtma gerektirmez, güçlü soğutma ve mutlak karanlıkta bile bir patlama ile ilerler.

Oksijenle reaksiyon dallı zincir mekanizmasına göre ilerler, bu nedenle reaksiyon hızı hızla artar ve 1: 2 oranında oksijen ile hidrojen karışımında reaksiyon bir patlama ile ilerler (böyle bir karışıma "patlayıcı gaz denir" "):

Kükürt ile reaksiyon, pratik olarak hiç ısı salınımı olmadan çok daha sakin ilerler:

Azot ve iyot ile reaksiyonlar geri dönüşümlüdür:

Bu durum, endüstride amonyak üretimini büyük ölçüde karmaşıklaştırmaktadır: süreç, yüksek kan basıncı amonyak oluşumuna doğru dengeyi karıştırmak için. Hidrojen iyodür, sentezi için çok daha uygun birkaç yöntem olduğundan, doğrudan sentezle elde edilmez.

Hidrojen, düşük aktiviteli metal olmayanlarla () doğrudan reaksiyona girmez, bununla birlikte bileşikleri bilinir.

Karmaşık maddelerle reaksiyonlarda, çoğu durumda hidrojen bir indirgeyici madde görevi görür. Çözeltilerde hidrojen, düşük aktiviteli metalleri (bir dizi voltajda hidrojenden sonra bulunur) tuzlarından azaltabilir:

Isıtıldığında, hidrojen birçok metali oksitlerinden indirgeyebilir. Ayrıca, metal ne kadar aktif olursa, onu geri yüklemek o kadar zor olur ve bunun için daha yüksek sıcaklık gerekir:

Çinkodan daha aktif olan metallerin hidrojenle indirgenmesi neredeyse imkansızdır.

Laboratuvarda hidrojen, metallerin etkileşimi ile elde edilir. güçlü asitler... En yaygın kullanılan çinko ve hidroklorik asit:

Güçlü elektrolitlerin varlığında suyun daha az kullanılan elektrolizi:

Endüstride, bir sodyum klorür çözeltisinin elektrolizi ile kostik soda üretiminde bir yan ürün olarak hidrojen elde edilir:

Ek olarak, petrol rafinasyonundan hidrojen elde edilir.

Suyun fotolizi ile hidrojen üretimi, gelecekte en umut verici yöntemlerden biridir, ancak şu anda endüstriyel Uygulama bu yöntem zordur.

E-öğrenme kaynaklarıyla çalışın Laboratuvar işi"Hidrojenin elde edilmesi ve özellikleri" ve Laboratuar çalışması "hidrojenin özelliklerini azaltma". Kipp aparatının ve Kiryushkin aparatının çalışma prensibini inceleyin. Hangi durumlarda Kipp aparatını kullanmanın daha uygun olduğunu ve hangi durumlarda - Kiryushkin'i düşünün. Hidrojen reaksiyonlarda hangi özellikleri gösterir?

Oksijen.

Oksijen molekülündeki bağ çift ve çok güçlüdür. Bu nedenle, oksijen oda sıcaklığında oldukça inaktiftir. Ancak ısıtıldığında güçlü oksitleyici özellikler sergilemeye başlar.

Isıtmasız oksijen aktif metallerle (alkali, toprak alkali ve bazı lantanitler) reaksiyona girer:

Isıtıldığında, oksijen oksitler oluşturmak için çoğu metalle etkileşime girer:

Gümüş ve daha az aktif metaller oksijen tarafından oksitlenmez.

Oksijen ayrıca oksit oluşturmak için çoğu metal olmayanla reaksiyona girer:

Azot ile sadece 2000 °C civarında çok yüksek sıcaklıklarda etkileşir.

Oksijen klor, brom ve iyot ile reaksiyona girmez, ancak oksitlerinin çoğu dolaylı olarak elde edilebilir.

Oksijenin flor ile etkileşimi, bir gaz karışımından bir elektrik boşalması geçirilerek gerçekleştirilebilir:

Oksijen (II) florür kararsız bir bileşiktir, kolayca ayrışır ve çok güçlü bir oksitleyici ajandır.

Çözeltilerde oksijen, yavaş da olsa güçlü bir oksitleyici ajandır. Kural olarak oksijen, metallerin daha yüksek oksidasyon durumlarına geçişini destekler:

Oksijenin varlığı genellikle bir dizi voltajda hidrojenin hemen arkasında bulunan metallerin asitlerde çözülmesini mümkün kılar:

Isıtıldığında, oksijen düşük metal oksitleri oksitleyebilir:

Oksijen, sanayide kimyasal yöntemlerle üretilmez, damıtma yoluyla havadan elde edilir.

Laboratuvar, ısıtıldığında nitratlar, kloratlar, permanganatlar gibi oksijen açısından zengin bileşiklerin ayrışma reaksiyonlarını kullanır:

Hidrojen peroksitin katalitik ayrışmasıyla da oksijen elde edebilirsiniz:

Ek olarak, oksijen üretmek için yukarıdaki su elektroliz reaksiyonu kullanılabilir.

Elektronik eğitim kaynağının materyalleri ile çalışın Laboratuvar çalışması "Oksijen ve özelliklerinin elde edilmesi."

Laboratuvar çalışmalarında kullanılan oksijen toplama yönteminin adı nedir? Gaz toplamanın başka yolları nelerdir ve hangileri oksijen toplamak için uygundur?

Görev 1. "Isıtmada potasyum permanganatın ayrışması" videosunu izleyin.

Soruları cevapla:

1. Katı reaksiyon ürünlerinden hangisi suda çözünür?
2. Potasyum permanganat çözeltisi ne renktir?
3. Potasyum manganat çözeltisinin rengi nedir?

Meydana gelen reaksiyonların denklemlerini yazınız. Elektronik terazi yöntemini kullanarak bunları eşitleyin.

Ödevi video odasında veya öğretmenle tartışın.

Ozon.

Ozon molekülü triatomiktir ve içindeki bağlar oksijen molekülüne göre daha az güçlüdür, bu da ozonun daha büyük kimyasal aktivitesine yol açar: ozon, çözeltilerdeki veya kuru formdaki birçok maddeyi ısıtmadan kolayca oksitler:

Ozon, bir katalizör olmadan azot oksidi (IV) azot okside (V) ve kükürt oksidi (IV) kükürt okside (VI) kolayca oksitleyebilir:

Ozon yavaş yavaş oksijen oluşturmak üzere ayrışır:

Ozon elde etmek için özel cihazlar kullanılır - içinde bir parıltı deşarjının oksijenden geçtiği ozonlaştırıcılar.

Laboratuvarda, az miktarda ozon elde etmek için, ısıtıldığında bazen perokso bileşiklerinin ve bazı daha yüksek oksitlerin ayrışma reaksiyonları kullanılır:

Elektronik eğitim kaynağının materyalleriyle çalışın Laboratuvar çalışması "Ozon elde etme ve özelliklerinin incelenmesi."

İndigo çözeltisinin neden renginin solduğunu açıklayın. Kurşun nitrat ve sodyum sülfür çözeltileri karıştırıldığında ve elde edilen süspansiyondan ozonlanmış hava geçirildiğinde meydana gelen reaksiyonların denklemlerini yazın. İyon değişim reaksiyonu için, iyonik denklemler... Redoks reaksiyonu için elektronik bir denge oluşturun.

Ödevi video odasında veya öğretmenle tartışın.

Suyun kimyasal özellikleri

daha iyi tanımak için fiziki ozellikleri su ve önemi elektronik eğitim kaynakları "Suyun anormal özellikleri" ve "Su dünyadaki en önemli sıvıdır" materyalleriyle çalışır.

Su, tüm canlı organizmalar için büyük önem taşır - aslında, birçok canlı organizma suyun yarısından fazlasını oluşturur. Su, en çok yönlü çözücülerden biridir (yüksek sıcaklık ve basınçlarda, çözücü olarak yetenekleri önemli ölçüde artar). Kimyasal bir bakış açısından, su hidrojen oksittir, sulu bir çözeltide ise (çok az da olsa) hidrojen katyonlarına ve hidroksit anyonlarına ayrışır:

Su birçok metalle etkileşir. Aktif (alkali, toprak alkali ve bazı lantanitler) ile su, ısınmadan reaksiyona girer:

Daha az aktif olan etkileşim, ısıtıldığında meydana gelir.

10.1 Hidrojen

"Hidrojen" adı hem kimyasal bir elementi hem de basit bir maddeyi ifade eder. eleman hidrojen hidrojen atomlarından oluşur. basit madde hidrojen hidrojen moleküllerinden oluşur.

a) Kimyasal element hidrojen

Doğal element dizisinde hidrojenin sıra sayısı 1'dir. Elementler sisteminde hidrojen IA veya VIIA grubunda ilk periyotta yer alır.

Hidrojenin üç izotopu vardır:
a) hafif hidrojen - protiyum,
b) ağır hidrojen - döteryum(NS),
c) süper ağır hidrojen - trityum(T).

b) Hidrojen atomu

Kimya dersinin önceki bölümlerinden, hidrojen atomunun aşağıdaki özelliklerini zaten biliyorsunuz:

Tablo 28.Hidrojen atomunun değerlik yetenekleri

değerlik durumu		kimyasal örnekleri
	ben 0 -BEN	HCl, H20, H2S, NH3, CH4, C2H6, NH4Cl, H2S04, NaHC03, KOH H2 B2H6, SiH4, GeH4
		NaH, KH, CaH2, BaH2

c) Hidrojen molekülü

d) Hidrojen (madde)

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Endüstride hidrojen, bir nikel katalizörü varlığında 800 ° C'de su buharı ile etkileşimi ile doğal gazdan (esas olarak metan) büyük miktarlarda elde edilir:

CH 4 + 2H20 = 4H2 + CO2 ( T, Ni)

veya kömür yüksek sıcaklıkta su buharı ile işlenir:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO2. ( T)

Saf hidrojen, sudan elektrik akımı ile ayrıştırılarak (elektrolize tabi tutularak) elde edilir:

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (elektroliz).

e) Hidrojen bileşikleri

LiH
Hayır	MgH 2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CSH	BaH2

N 2 + 3H 2 2NH 3 ( r, T, Pt - katalizör).

H2 + Cl2 = 2HCl.

Bazen metalurjide hidrojen, saf metallerin üretiminde indirgeyici ajan olarak kullanılır, örneğin: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

1. a) protium, b) döteryum, c) trityumun çekirdeği hangi parçacıklardır?
2. Hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisini diğer elementlerin atomlarının iyonlaşma enerjisiyle karşılaştırın. Hidrojen bu özelliğe en yakın element hangisidir?
3. Elektron ilgi enerjisi için de aynısını yapın
4. Bileşiklerdeki kovalent bağın polarizasyon yönünü ve hidrojenin oksidasyon durumunu karşılaştırın: a) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; b) CH4, SiH4, GeH4.
5. Hidrojenin en basit, moleküler, yapısal ve uzaysal formülünü yazın. Hangisi en yaygın olarak kullanılır?
6. Sıklıkla şöyle söylenir: "Hidrojen havadan daha hafiftir." Ne anlama geliyor? Bu ifade ne zaman tam anlamıyla alınabilir, ne zaman alınamaz?
7. Potasyum ve kalsiyum hidritlerin yanı sıra amonyak, hidrojen sülfür ve hidrojen bromürün yapısal formüllerini yapın.
8. Molar füzyon ısılarını ve hidrojenin buharlaşmasını bilerek, karşılık gelen belirli miktarların değerlerini belirleyin.
9. Hidrojenin temel kimyasal özelliklerini gösteren dört reaksiyonun her biri için bir elektronik terazi oluşturun. Oksidanları ve indirgeyici maddeleri not edin.
10. Laboratuvarda 4.48 litre hidrojen elde etmek için gereken çinko kütlesini belirleyin.
11. Hacim oranı 1:2 olan 30 m3 metan ve su buharı karışımından elde edilebilecek hidrojenin kütlesini ve hacmini %80 verimle belirleyiniz.
12. Hidrojenin a) florin, b) kükürt ile etkileşiminde meydana gelen reaksiyonların denklemlerini yapın.
13. Aşağıdaki reaksiyon şemaları, iyonik hidritlerin ana kimyasal özelliklerini göstermektedir:

10.2 Oksijen

a) Kimyasal element oksijen

Doğal element dizisinde oksijenin sıra sayısı 8'dir. Elementler sisteminde oksijen VIA grubunda ikinci periyottadır.
Oksijen yeryüzünde en bol bulunan elementtir. Yerkabuğunda, her ikinci atom bir oksijen atomudur, yani atmosferdeki, hidrosferdeki ve Dünya'nın litosferindeki oksijenin molar fraksiyonu yaklaşık %50'dir. Oksijen (madde) havanın ayrılmaz bir parçasıdır. Havadaki oksijenin hacim oranı %21'dir. Oksijen (bir element) suyun, birçok mineralin, ayrıca bitki ve hayvanların bir parçasıdır. İnsan vücudu ortalama 43 kg oksijen içerir.
Doğal oksijen üç izotoptan (16 O, 17 O ve 18 O) oluşur, bunlardan en hafifi 16 O en bol olanıdır.Bu nedenle, oksijenin atom kütlesi 16 D'ye (15.9994 D) yakındır.

b) Oksijen atomu

Oksijen atomunun aşağıdaki özelliklerine aşinasınız.

Tablo 29.Oksijen atomu değeri

değerlik durumu		kimyasal örnekleri
		Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 *

	-II -BEN 0 + ben + II	H 2 O, SO 2, SO 3, CO 2, SiO 2, H 2 SO 4, HNO 2, HClO 4, COCl 2, H 2 O 2 O 2 ** O 2 F 2 2 OF
		NaOH, KOH, Ca (OH) 2, Ba (OH) 2 Na 2 O 2, K 2 O 2, CaO 2, BaO 2
		Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, BaO, FeO, La 2 O 3

c) Oksijen molekülü

d) Oksijen (madde)

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

Elde edilen sodyum peroksitin (Na) 2 (O-O) yapısal formülü.
Oksijene yerleştirilmiş için için yanan bir kıymık alevlenir. Saf oksijeni tespit etmenin uygun ve kolay bir yoludur.
Endüstride oksijen, doğrultma (kompleks damıtma) ve laboratuvarda bazı oksijen içeren bileşiklerin termal ayrışmaya tabi tutulmasıyla havadan elde edilir, örneğin:
2KMnO 4 = K2 MnO 4 + MnO 2 + O2 (200 °C);
2KClO3 = 2KCl + 3O2 (150 °C, MnO2 - katalizör);
2KNO 3 = 2KNO 2 + 3O 2 (400 °C)
ve ayrıca, oda sıcaklığında hidrojen peroksitin katalitik bozunması ile: 2H202 = 2H20 + O2 (MnO2-katalizörü).
Saf oksijen, oksidasyonun meydana geldiği süreçleri yoğunlaştırmak ve yüksek sıcaklıkta bir alev oluşturmak için endüstride kullanılır. Roketçilikte, oksitleyici olarak sıvı oksijen kullanılır.
Oksijen, bitkilerin, hayvanların ve insanların yaşamını sürdürmesi için büyük önem taşımaktadır. Normal şartlar altında, bir kişinin nefes almak için yeterli oksijeni vardır. Ancak yeterli havanın olmadığı veya hiç havanın olmadığı durumlarda (uçaklarda, dalış operasyonları sırasında, uzay gemilerinde vb.), solunum için oksijen içeren özel gaz karışımları hazırlanır. Oksijen, tıpta solunum güçlüğüne neden olan hastalıklar için de kullanılmaktadır.

e) Ozon ve molekülleri

Ozon O 3, oksijenin ikinci allotropik modifikasyonudur.
Triatomik ozon molekülü, aşağıdaki formüllerle görüntülenen, iki yapı arasında orta olan açısal bir yapıya sahiptir:

3O 2 = 2O 3 ().

Su, yerkabuğunda en bol bulunan maddedir. Dünyadaki su kütlesinin 10 18 ton olduğu tahmin edilmektedir. Su, gezegenimizin hidrosferinin temelidir, ayrıca atmosferde bulunur, buz şeklinde Dünya'nın kutup başlıklarını ve yüksek irtifa buzullarını oluşturur ve ayrıca çeşitli kayaların bir parçasıdır. İnsan vücudundaki suyun kütle oranı yaklaşık %70'dir.
Su, her üç kümelenme durumunda da kendi özel adlarına sahip olan tek maddedir.

Bir elektrik dipolünün polaritesini karakterize etmek için, "adlı fiziksel bir nicelik" bir elektrik dipolünün elektrik momenti " ya da sadece " dipol momenti ".

Kimyada dipol momenti Debyes ile ölçülür: 1 D = 3.34. 10 – 30 Kl. m

(H20) = ,

nerede Q 1 ve Q 2 - hidrojen atomları üzerindeki kısmi yükler (+) ve - moleküldeki atomlar arası O - H mesafeleri. Çünkü Q 1 = Q 2 = Q, bir, sonra

Su molekülü ve diğer bazı moleküllerin deneysel olarak belirlenen dipol momentleri tabloda verilmiştir.

Tablo 30.Bazı polar moleküllerin dipol momentleri

molekül	molekül	molekül

Tablo 31.Suyun bazı fiziksel özellikleri

10.4. Hidrojen bağı

Bildiğiniz gibi, hidrojen ve oksijenin (2.10 ve 3.50) elektronegatifliğindeki önemli fark nedeniyle, su molekülündeki hidrojen atomu büyük bir pozitif kısmi yüke sahiptir ( Q h = 0.33 e) ve oksijen atomunun daha da büyük bir negatif kısmi yükü vardır ( Q h = -0.66 e). Oksijen atomunun başına iki yalnız elektron çifti olduğunu da hatırlayın. sp 3-hibrit AO. Bir su molekülünün hidrojen atomu, başka bir molekülün oksijen atomuna çekilir ve ayrıca hidrojen atomunun yarı boş 1-AO'su oksijen atomunun bir çift elektronunu kısmen kabul eder. Moleküller arasındaki bu etkileşimlerin bir sonucu olarak, özel bir tür moleküller arası bağ ortaya çıkar - bir hidrojen bağı.
Su durumunda, hidrojen bağı şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Son yapısal formülde, üç nokta (noktalı çizgi, elektronlar değil!) Hidrojen bağını gösterir.

Sıvı hidrojen florürde, molekülleri oldukça uzun zincirlerde hidrojen bağlarıyla bağlanır ve sıvı ve katı amonyakta üç boyutlu ağlar oluşur.
Güç açısından, bir hidrojen bağı, bir kimyasal bağ ile diğer moleküller arası bağ türleri arasında bir ara maddedir. Bir hidrojen bağının molar enerjisi genellikle 5 ila 50 kJ / mol arasındadır.
Katı suda (yani buz kristallerinde), tüm hidrojen atomları oksijen atomlarına hidrojen bağlıdır ve her oksijen atomu iki hidrojen bağı oluşturur (her iki yalnız elektron çiftini kullanarak). Bu yapı, bazı hidrojen bağlarının kırıldığı ve moleküllerin biraz daha yoğun bir şekilde "paketlenebildiği" sıvı suya kıyasla buzu "gevşek" hale getirir. Buzun yapısının bu özelliği, diğer birçok maddenin aksine, katı haldeki suyun neden sıvı halden daha düşük yoğunluğa sahip olduğunu açıklar. Su 4 °C'de maksimum yoğunluğuna ulaşır - bu sıcaklıkta çok sayıda hidrojen bağı kopar ve termal genleşmenin yoğunluk üzerinde çok güçlü bir etkisi yoktur.
Hidrojen bağları hayatımızda çok önemlidir. Bir an için hidrojen bağlarının oluşumunun durduğunu hayal edelim. İşte sonuçlardan bazıları:

oda sıcaklığındaki su, kaynama noktası yaklaşık -80 ° C'ye düşeceğinden gaz haline gelir;
buzun yoğunluğu sıvı suyun yoğunluğundan daha büyük olacağından tüm rezervuarlar alttan donacaktır;
DNA'nın ikili sarmalının varlığı ve çok daha fazlası sona erecekti.

Verilen örnekler, bu durumda gezegenimizdeki doğanın bambaşka bir hale geleceğini anlamak için yeterlidir.

HİDROJEN BAĞLARI, OLUŞUM KOŞULLARI.
Etil alkolün formülü CH3 –CH2 –O – H'dir. Bu maddenin farklı moleküllerinin hangi atomları arasında hidrojen bağları oluşur? Oluşumlarını göstermek için yapısal formüller oluşturun.
2. Hidrojen bağları yalnızca tek tek maddelerde değil, aynı zamanda çözeltilerde de bulunur. a) amonyak, b) hidrojen florür, c) etanol (etil alkol) sulu bir çözeltisinde hidrojen bağlarının nasıl oluştuğunu yapısal formüller yardımıyla gösterin. = 2H2O.
Bu reaksiyonların her ikisi de suda sürekli ve eşit oranda meydana gelir, bu nedenle suda bir denge vardır: 2H 2 O AH 3 O + OH.
Bu denge denir otoprotoliz dengesi Su.

Ancak, toplam su molekülü sayısına kıyasla reaksiyona giren su moleküllerinin sayısının önemsiz olması nedeniyle, otoprotoliz sırasında su konsantrasyonunun pratik olarak değişmediği varsayılabilir ve 2 = const Saf sudaki zıt yüklü iyonların bu kadar düşük konsantrasyonu, bu sıvının zayıf olmasına rağmen neden hala elektrik akımı ilettiğini açıklar.

1. Hidrojenin elde edilmesi ve yanması (indirgeyici özellikler).
2. Oksijen elde edilmesi ve içindeki maddelerin yanması (oksitleyici özellikler).

bizim Gündelik Yaşam O kadar yaygın olan şeyler var ki, neredeyse herkes onlar hakkında biliyor. Örneğin herkes suyun bir sıvı olduğunu bilir, kolayca bulunur ve yanmaz, bu nedenle yangını söndürebilir. Ama bunun neden böyle olduğunu hiç merak ettiniz mi?

Resim kaynağı: pixabay.com

Su, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Bu unsurların her ikisi de yanmayı destekler. Yani, genel mantığa göre (bilimsel değil), suyun da yanması gerektiği sonucu çıkıyor, değil mi? Ancak bu gerçekleşmez.

Yanma ne zaman gerçekleşir?

Yanma, moleküllerin ve atomların ısı ve ışık şeklinde enerji açığa çıkarmak için birleştiği kimyasal bir süreçtir. Bir şeyi yakmak için iki şeye ihtiyacınız vardır - bir yanma kaynağı olarak bir yakıt (örneğin, bir kağıt yaprağı, bir parça odun vb.) ve bir oksitleyici (dünya atmosferindeki oksijen ana oksitleyicidir). Yanma işleminin başlayabilmesi için maddenin tutuşma sıcaklığına ulaşması için gereken ısıya da ihtiyacımız vardır.

Resim kaynağı auclip.ru

Örneğin, kibrit kullanarak kağıt yakma işlemini düşünün. Bu durumda kağıt yakıt olacak, havada bulunan gaz halindeki oksijen oksitleyici bir madde olarak hareket edecek ve yanan bir kibrit nedeniyle tutuşma sıcaklığına ulaşılacaktır.

Suyun kimyasal bileşiminin yapısı

Görüntü kaynağı: water-service.com.ua

Su, iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluşur. Kimyasal formülü H2O'dur. Şimdi, suyun iki bileşeninin gerçekten de oldukça yanıcı olduğunu belirtmek ilginçtir.

Hidrojen neden yanıcı bir maddedir?

Hidrojen atomlarının sadece bir elektronu vardır ve bu nedenle diğer elementlerle kolayca bağlanır. Kural olarak, hidrojen, molekülleri iki atomdan oluşan bir gaz şeklinde doğal olarak oluşur. Bu gaz oldukça reaktiftir ve oksitleyici bir ajanın varlığında hızla oksitlenir, bu da onu yanıcı hale getirir.

Resim kaynağı: myshared.ru

Hidrojen yandığında, büyük miktarda enerji açığa çıkar, bu nedenle uzay aracını uzaya fırlatmak için genellikle sıvılaştırılmış formda kullanılır.

Oksijen yanmayı destekler

Daha önce belirtildiği gibi, herhangi bir yanma için bir oksitleyici madde gereklidir. Oksijen, ozon, hidrojen peroksit, flor vb. dahil olmak üzere birçok kimyasal oksidan vardır. Oksijen, Dünya atmosferinde fazla bulunan ana oksidandır. Çoğu yangında genellikle ana oksitleyici maddedir. Bu nedenle yangının devam etmesi için sürekli bir oksijen kaynağına ihtiyaç vardır.

Su yangını söndürür

Su, yangını çeşitli nedenlerle söndürebilir; bunlardan biri, ayrı ayrı ateşli bir cehennem yaratabilen iki elementten oluşmasına rağmen, yanıcı olmayan bir sıvı olmasıdır.

Su en yaygın yangın söndürme maddesidir. Resim kaynağı: pixabay.com

Daha önce de söylediğimiz gibi, hidrojen oldukça yanıcıdır, tek gereken bir oksitleyici ajan ve reaksiyonu başlatmak için bir tutuşma sıcaklığıdır. Oksijen, Dünya'da en bol bulunan oksitleyici ajan olduğundan, hidrojen atomlarıyla hızla birleşerek büyük miktarda ışık ve ısı yayar ve böylece su moleküllerini oluşturur. Bu nasıl çalışır:

Az miktarda oksijen veya hava ile hidrojen karışımının patlayıcı olduğunu ve oksihidrojen gazı olarak adlandırıldığını, patlama olarak algılanan yüksek bir patlama ile son derece hızlı bir şekilde yandığını unutmayın. 1937'de New Jersey'deki Hindenburg zeplin kazası, zeplin kabuğunu dolduran hidrojenin tutuşması sonucu düzinelerce can aldı. Hidrojenin yanıcılığı ve oksijenle birlikte patlayıcılığı, laboratuvarlarda kimyasal olarak su alamamamızın ana nedenidir.