Водень. Фізичні та хімічні властивості, отримання. Хімія органіка Водень кисень рівняння

10.1. Водень

Назва "водень" відноситься і до хімічного елементу, і до простої речовини. Елемент воденьскладається з атомів водню. Проста речовина воденьскладається з молекул водню.

а) Хімічний елемент водень

У природному ряді елементів порядковий номер водню – 1. У системі елементів водень перебуває у першому періоді у IA чи VIIA групі.

Водень – один із найпоширеніших елементів на Землі. Молярна частка атомів водню в атмосфері, гідросфері та літосфері Землі (все разом це називається земною корою) дорівнює 0,17. Він входить до складу води, багатьох мінералів, нафти, газу, рослин та тварин. У тілі людини у середньому міститься близько 7 кілограмів водню.

Існують три ізотопи водню:
а) легкий водень - протий,
б) важкий водень – дейтерій(D),
в) надважкий водень – тритій(Т).

Тритій нестійкий (радіоактивний) ізотоп, тому у природі він практично не зустрічається. Дейтерій стійкий, але дуже мало: w D = 0,015% (від маси всього земного водню). Тому атомна маса водню дуже мало відрізняється від 1 ДН (1,00794 ДН).

б) Атом водню

З попередніх розділів курсу хімії вам відомі такі характеристики атома водню:

Валентні можливості атома водню визначаються наявністю одного електрона на єдиній валентній орбіталі. Велика енергія іонізації робить атом водню не схильний до віддачі електрона, а не надто висока енергія спорідненості до електрона призводить до незначної схильності його приймати. Отже, у хімічних системах утворення катіону Н неможливе, а сполуки з аніоном Н не дуже стійкі. Таким чином, для атома водню найбільш характерним є утворення з іншими атомами ковалентного зв'язку за рахунок свого одного неспареного електрона. І у разі утворення аніону, і у разі утворення ковалентного зв'язку атом водню одновалентний.
У простій речовині ступінь окиснення атомів водню дорівнює нулю, у більшості сполук водень виявляє ступінь окиснення +I, і лише у гідридах найменш електронегативних елементів у водню ступінь окиснення –I.
Відомості про валентні можливості атома водню наведено в таблиці 28. Валентний стан атома водню, пов'язаного одним ковалентним зв'язком з будь-яким атомом, у таблиці позначено символом "H-".

Таблиця 28Валентні можливості атома водню

Валентний стан		Приклади хімічних речовин
	I 0 -I	HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3 , CH 4 , C 2 H 6 , NH 4 Cl, H 2 SO 4 , NaHCO 3 , KOH H 2 B 2 H 6 , SiH 4 , GeH 4
		NaH, KH, CaH 2 , BaH 2

в) Молекула водню

Двохатомна молекула водню Н 2 утворюється при зв'язуванні атомів водню єдиним можливим для них ковалентним зв'язком. Зв'язок утворюється обмінним механізмом. За способом перекриття електронних хмар це s-зв'язок (рис. 10.1 а). Оскільки атоми однакові, зв'язок неполярний.

Міжтомна відстань (точніше рівноважна міжатомна відстань, адже атоми коливаються) в молекулі водню r(H-H) = 0,74 A (рис.10.1) в), що значно менше від суми орбітальних радіусів (1,06 A). Отже, електронні хмари атомів, що зв'язуються, перекриваються глибоко (рис. 10.1 б), і зв'язок у молекулі водню міцний. Про це говорить і досить велике значення енергії зв'язку (454 кДж/моль).
Якщо охарактеризувати форму молекули граничною поверхнею (аналогічною граничній поверхні електронної хмари), то можна сказати, що молекула водню має форму деформованої (витягнутої) кулі (мал. 10.1). г).

г) Водень (речовина)

За звичайних умов водень – газ без кольору та запаху. У невеликих кількостях він нетоксичний. Твердий водень плавиться при 14 К (-259 ° С), а рідкий водень кипить при 20 К (-253 ° С). Низькі температури плавлення та кипіння, дуже маленький температурний інтервал існування рідкого водню (всього 6 °С), а також невеликі значення молярних теплот плавлення (0,117 кДж/моль) та пароутворення (0,903 кДж/моль) говорять про те, що міжмолекулярні зв'язки у водні дуже слабкі.
Щільність водню r(Н2) = (2 г/моль):(22,4 л/моль) = 0,0893 г/л. Для порівняння: середня густина повітря дорівнює 1,29 г/л. Тобто водень у 14,5 рази "легший" за повітря. У воді він практично нерозчинний.
При кімнатній температурі водень є малоактивним, але при нагріванні реагує з багатьма речовинами. У цих реакціях атоми водню можуть як підвищувати, і знижувати свій рівень окислення: Н 2 + 2 е– = 2Н –I, Н 2 – 2 е- = 2Н + I.
У першому випадку водень є окислювачем, наприклад, у реакціях з натрієм або кальцієм: 2Na + H 2 = 2NaH, ( t) Ca + H 2 = CaH 2 . ( t)
Але найбільш характерні для водню відновлювальні властивості: O 2 + 2H 2 = 2H 2 O, ( t)
CuO + H 2 = Cu + H 2 O. ( t)
При нагріванні водень окислюється як киснем, а й деякими іншими неметалами, наприклад, фтором, хлором, сіркою і навіть азотом.
У лабораторії водень одержують у результаті реакції

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2.

Замість цинку можна використовувати залізо, алюміній та інші метали, а замість сірчаної кислоти – деякі інші розведені кислоти. Водень, що утворюється, збирають у пробірку методом витіснення води (див. рис. 10.2 б) або просто в перевернуту колбу (рис. 10.2 а).

У промисловості у великих кількостях водень одержують із природного газу (в основному це метан) при взаємодії його з парами води за 800 °С у присутності нікелевого каталізатора:

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 ( t, Ni)

або обробляють за високої температури парами води вугілля:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2 . ( t)

Чистий водень одержують із води, розкладаючи її електричним струмом (піддаючи електролізу):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (електроліз).

д) З'єднання водню

Гідриди (бінарні сполуки, що містять водень) поділяються на два основні типи:
а) леткі (молекулярні) гідриди,
б) солеподібні (іонні) гідриди.
Елементи IVА – VIIA груп та бор утворюють молекулярні гідриди. З них стійкі лише гідриди елементів, що утворюють неметали:

B 2 H 6; CH 4; NH 3; H 2 O; HF
SiH 4; PH 3; H 2 S; HCl
AsH 3; H 2 Se; HBr
H 2 Te; HI
За винятком води, всі ці сполуки за кімнатної температури – газоподібні речовини, звідси їх назва – "летючі гідриди".
Деякі з елементів, що утворюють неметали, входять до складу і складніших гідридів. Наприклад, вуглець утворює сполуки із загальними формулами C n H 2 n+2, C n H 2 n, C n H 2 n-2 та інші, де nможе бути дуже велике (ці сполуки вивчає органічна хімія).
До іонних гідридів відносяться гідриди лужних, лужноземельних елементів та магнію. Кристали цих гідридів складаються з аніонів Н і катіонів металу вищою мірою окислення Ме або Ме 2 (залежно від групи системи елементів).

LiH
NaH	MgH 2
KH	CaH 2
RbH	SrH 2
CsH	BaH 2

І іонні, і майже всі молекулярні гідриди (крім Н2О та НF) є відновниками, але іонні гідриди виявляють відновлювальні властивості значно сильніші, ніж молекулярні.
Крім гідридів, водень входить до складу гідроксидів та деяких солей. З властивостями цих складніших сполук водню ви познайомитеся в наступних розділах.
Головними споживачами водню, що отримується в промисловості, є заводи з виробництва аміаку і азотних добрив, де аміак отримують безпосередньо з азоту і водню:

N 2 +3H 2 2NH 3 ( Р, t, Pt - каталізатор).

У великих кількостях водень використовують для отримання метилового спирту (метанолу) по реакції 2Н 2 + СО = СН 3 ВІН ( t, ZnO – каталізатор), а також у виробництві хлороводню, який отримують безпосередньо з хлору та водню:

H 2 + Cl 2 = 2HCl.

Іноді водень використовують у металургії як відновник при отриманні чистих металів, наприклад: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

1.З яких частинок складаються ядра а) протию, б) дейтерію, в) тритію?
2.Порівняйте енергію іонізації атома водню з енергією іонізації атомів інших елементів. До якого елемента за цією характеристикою водень найближчий?
3. Проробіть те саме для енергії спорідненості до електрона
4.Порівняйте напрямок поляризації ковалентного зв'язку та ступінь окислення водню в сполуках: а) BeH 2 ,CH 4 , NH 3 , H 2 O, HF; б) CH 4 SiH 4 GeH 4 .
5.Запишіть найпростішу, молекулярну, структурну та просторову формулу водню. Яка з них найчастіше використовується?
6. Часто кажуть: "Водень легший за повітря". Що під цим мається на увазі? У яких випадках цей вираз можна розуміти буквально, а в яких – ні?
7.Складіть структурні формули гідридів калію та кальцію, а також аміаку, сірководню та бромоводню.
8. Знаючи молярні теплоти плавлення та пароутворення водню, визначте значення відповідних питомих величин.
9.Для кожної з чотирьох реакцій, що ілюструють основні Хімічні властивостіводню, складіть електронний баланс. Позначте окислювачі та відновники.
10.Визначте масу цинку, необхідного для одержання 4,48 л водню лабораторним способом.
11.Визначте масу та об'єм водню, який можна отримати з 30 м 3 суміші метану та пари води, взятих в об'ємному відношенні 1:2, при виході 80 %.
12.Складіть рівняння реакцій, що протікають при взаємодії водню а) зі фтором, б) із сіркою.
13.Наведені нижче схеми реакцій ілюструють основні хімічні властивості іонних гідридів:

а) MH + O 2 MOH ( t); б) MH + Cl 2 MCl + HCl ( t);
в) MH + H 2 O MOH + H 2; г) MH + HCl(p) MCl + H 2
Тут М – це літій, натрій, калій, рубідій чи цезій. Складіть рівняння відповідних реакцій, якщо М – натрій. Проілюструйте рівняння реакцій хімічні властивості гідриду кальцію.
14. Використовуючи метод електронного балансу, складіть рівняння наступних реакцій, що ілюструють відновлювальні властивості деяких молекулярних гідридів:
а) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( t); б) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( t); в) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( t).

10.2 Кисень

Як і у випадку водню, слово "кисень" є назвою і хімічного елемента, і простої речовини. Крім простої речовини кисень"(дикисень) хімічний елемент кисень утворює ще одну просту речовину, звану " озон"(Трикисень). Це аллотропні модифікації кисню. Речовина кисень складається з молекул кисню O2, а речовина озон складається з молекул озону O3.

а) Хімічний елемент кисень

У природному ряді елементів порядковий номер кисню – 8. У системі елементів кисень перебуває у другому періоді у VIA групі.
Кисень – найпоширеніший елемент Землі. У земній корі кожен другий атом - атом кисню, тобто молярна частка кисню в атмосфері, гідросфері та літосфері Землі - близько 50%. Кисень (речовина) – складова частинаповітря. Об'ємна частка кисню повітря –21 %. Кисень (елемент) входить до складу води, багатьох мінералів, а також рослин та тварин. У тілі людини міститься середньому 43 кг кисню.
Природний кисень складається з трьох ізотопів (16 О, 17 О і 18 О), з яких найбільш поширений найлегший ізотоп 16 О. Тому атомна маса кисню близька до 16 Дн (15,9994 Дн).

б) Атом кисню

Вам відомі такі характеристики атома кисню.

Таблиця 29Валентні можливості атома кисню

Валентний стан		Приклади хімічних речовин
		Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *

	-II -I 0 +I +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 OF 2
		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

* Ці оксиди можна розглядати і як іонні сполуки.
** Атоми кисню в молекулі не знаходяться у даному валентному стані; це лише приклад речовини зі ступенем окиснення атомів кисню, що дорівнює нулю.
Велика енергія іонізації (як у водню) виключає утворення атома кисню простого катіону. Енергія спорідненості до електрона досить велика (майже вдвічі більше, ніж у водню), що забезпечує велику схильність атома кисню до приєднання електронів та здатність утворювати аніони 2A . Але енергія спорідненості до електрона у атома кисню все ж таки менша, ніж у атомів галогенів і навіть інших елементів VIA групи. Тому аніони кисню ( оксид-іони) існують лише у сполуках кисню з елементами, атоми яких дуже легко віддають електрони.
Узагальнюючи два неспарені електрони, атом кисню може утворити два ковалентні зв'язки. Дві неподілені пари електронів через неможливість збудження можуть вступати лише в донорно-акцепторну взаємодію. Таким чином, без урахування кратності зв'язку та гібридизації атом кисню може бути в одному з п'яти валентних станів (табл. 29).
Найбільш характерний для атома кисню валентний стан з Wдо = 2, тобто утворення двох ковалентних зв'язків за рахунок двох неспарених електронів.
Дуже висока електронегативність атома кисню (вище - тільки у фтору) призводить до того, що в більшості своїх сполук кисень має ступінь окислення -II. Існують речовини, в яких кисень виявляє й інші значення ступеня окиснення, деякі з них наведені в таблиці 29 як приклади, а порівняльна стійкість показана на рис. 10.3.

в) Молекула кисню

Експериментально встановлено, що двоатомна молекула кисню 2 містить два неспарені електрони. Використовуючи метод валентних зв'язків, таку електронну будову молекули пояснити неможливо. Тим не менш, зв'язок у молекулі кисню близький за властивостями до ковалентного. Молекула кисню неполярна. Міжтимна відстань ( r o–o = 1,21 (A = 121 нм) менше, ніж відстань між атомами, пов'язаними простим зв'язком. Молярна енергія зв'язку досить велика і становить 498 кДж/моль.

г) Кисень (речовина)

За звичайних умов кисень – газ без кольору та запаху. Твердий кисень плавиться при 55 К (-218 ° С), а рідкий кисень кипить при 90 К (-183 ° С).
Міжмолекулярні зв'язки у твердому та рідкому кисні дещо міцніші, ніж у водні, про що свідчить більший температурний інтервал існування рідкого кисню (36 °С) та більші, ніж у водню, молярні теплоти плавлення (0,446 кДж/моль) та пароутворення (6, 83 кДж/моль).
Кисень незначно розчинний у воді: при 0 ° С у 100 об'ємах води (рідкої!) Розчиняється всього 5 обсягів кисню (газу!).
Висока схильність атомів кисню до приєднання електронів і висока електронегативність призводять до того, що кисень виявляє лише окисні властивості. Ці властивості особливо яскраво виявляються за високої температури.
Кисень реагує з багатьма металами: 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( t);
неметалами: C + O 2 = CO 2, P 4 + 5O 2 = P 4 O 10
і складними речовинами: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2 .

Найчастіше в результаті таких реакцій виходять різні оксиди (див. гл II § 5), але активні лужні метали, наприклад натрій, згоряючи, перетворюються на пероксиди:

2Na + O2 = Na2O2.

Структурна формула пероксиду натрію (Na ) 2 ( O-O ), що вийшов.
Тліюча лучинка, поміщена в кисень, спалахує. Це зручний та простий спосіб виявлення чистого кисню.
У промисловості кисень отримують з повітря шляхом ректифікації (складної розгонки), а в лабораторії - піддаючи термічного розкладання деякі кисневмісні сполуки, наприклад:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (200 °С);
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 (150 °С, MnO 2 - каталізатор);
2KNO 3 = 2KNO 2 + 3O 2 (400 °С)
і, крім того, шляхом каталітичного розкладання пероксиду водню за кімнатної температури: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 –каталізатор).
Чистий кисень використовують у промисловості для інтенсифікації тих процесів, у яких відбувається окислення, та для створення високотемпературного полум'я. У ракетній техніці як окислювач використовується рідкий кисень.
Велике значення має кисень для підтримки життєдіяльності рослин, тварин та людини. У звичайних умовах людині достатньо дихання кисню повітря. Але в умовах, коли повітря не вистачає, або воно взагалі відсутнє (в літаках, при водолазних роботах, у космічних кораблях тощо), для дихання готують спеціальні газові суміші, що містять кисень. Застосовують кисень і в медицині при захворюваннях, що викликають утруднення дихання.

д) Озон та його молекули

Озон O3 – друга алотропна модифікація кисню.
Трихатомна молекула озону має кутову структуру, середню між двома структурами, що відображаються такими формулами:

Озон – темно-синій газ із різким запахом. Через свою сильну окисну активність він отруйний. Озон у півтора рази "важчий" за кисень і трохи більше, ніж кисень, розчинний у воді.
Озон утворюється в атмосфері з кисню при грозових електричних розрядах:

3О 2 = 2О 3().

При нормальній температурі озон повільно перетворюється на кисень, а при нагріванні цей процес протікає з вибухом.
Озон міститься в так званому "озоновому шарі" земної атмосфери, оберігаючи все живе Землі від шкідливого впливу сонячного випромінювання.
У деяких містах озон використовується замість хлору для дезінфекції (знезараження) питної води.

Зобразіть структурні формули наступних речовин: 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 . Назвіть ці речовини. Опишіть валентні стани атомів кисню у цих сполуках.
Визначте валентність та ступінь окиснення кожного з атомів кисню.
2.Складіть рівняння реакцій згоряння в кисні літію, магнію, алюмінію, кремнію, червоного фосфору та селену (атоми селену окислюються до ступеня окиснення +IV, атоми інших елементів – до вищого ступеня окиснення). До яких класів оксидів належать продукти цих реакцій?
3. Скільки літрів озону можна отримати (за нормальних умов) а) з 9 л кисню, б) з 8 г кисню?

Вода – найпоширеніша у земній корі речовина. Маса земної води оцінюється у 10 18 тонн. Вода - основа гідросфери нашої планети, крім того, вона міститься в атмосфері, у вигляді льоду утворює полярні шапки Землі та високогірні льодовики, а також входить до складу різних гірських порід. Масова частка води в організмі людини становить близько 70 %.
Вода – єдина речовина, яка має у всіх трьох агрегатних станах свої особливі назви.

Електронна будова молекули води (рис. 10.4 а) нами було детально вивчено раніше (див. § 7.10).
Через полярність зв'язків О–Н та кутової форми молекула води є електричний диполь.

Для характеристики полярності електричного диполя використовується фізична величина, яка називається " електричний момент електричного диполяабо просто " дипольний момент".

У хімії дипольний момент вимірюють у дебаях: 1 Д = 3,34. 10-30 Кл. м

У молекулі води – два полярні ковалентні зв'язки, тобто два електричні диполи, кожен з яких має свій дипольний момент (і ). Загальний дипольний момент молекули дорівнює векторній сумі цих двох моментів (рис. 10.5):

(Н 2 О) = ,

де q 1 та q 2 – часткові заряди (+) на атомах водню, та – міжатомні відстані О – Н у молекулі. Так як q 1 = q 2 = q, а , то

Експериментально певні дипольні моменти молекули води та деяких інших молекул наведено у таблиці.

Таблиця 30Дипольні моменти деяких полярних молекул

Молекула	Молекула	Молекула

Враховуючи дипольний характер молекули води, її часто схематично зображують так:
Чиста вода – безбарвна рідина без смаку та запаху. Деякі основні фізичні характеристики води наведено у таблиці.

Таблиця 31Деякі фізичні характеристики води

Великі значення молярних теплот плавлення та пароутворення (на порядок більше, ніж у водню та кисню) свідчать про те, що молекули води, як у твердій, так і рідкій речовині, досить міцно пов'язані між собою. Ці зв'язку називають " водневими зв'язками".

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ДИПОЛЬ, ДИПОЛЬНИЙ МОМЕНТ, ПОЛЯРНІСТЬ ЗВ'ЯЗКУ, ПОЛЯРНІСТЬ МОЛЕКУЛИ.
Скільки валентних електронів атома кисню бере участь в утворенні зв'язків у молекулі води?
2.При перекриванні яких орбіталей утворюються зв'язки між воднем та киснем у молекулі води?
3.Складіть схему утворення зв'язків у молекулі пероксиду водню H 2 O 2 . Що ви можете сказати про просторову будову цієї молекули?
4.Межатомні відстані в молекулах HF, HCl та HBr рівні, відповідно, 0,92; 1,28 та 1,41. Використовуючи таблицю дипольних моментів, розрахуйте та порівняйте між собою часткові заряди на атомах водню у цих молекулах.
5. Межатомні відстані S – H у молекулі сірководню дорівнюють 1,34 , а кут між зв'язками 92°. Визначте значення часткових зарядів на атомах сірки та водню. Що ви можете сказати про гібридизацію валентних орбіталей атома сірки?

10.4. Водневий зв'язок

Як ви вже знаєте, через суттєву різницю в електронегативності водню і кисню (2,10 і 3,50) у атома водню в молекулі води виникає великий позитивний частковий заряд ( qгод = 0,33 е), а атома кисню – ще більший негативний частковий заряд ( qгод = -0,66 е). Згадаймо також, що атом кисню має дві неподілені пари електронів на sp 3-гібридних АТ. Атом водню однієї молекули води притягується до атома кисню іншої молекули, і, крім того, напівпорожня 1s-АТ атома водню частково акцептує пару електронів атома кисню. Внаслідок цих взаємодій між молекулами виникає особливий видміжмолекулярних зв'язків -водневий зв'язок.
У разі води утворення водневого зв'язку може бути схематично представлено таким чином:

В останній структурній формулі трьома точками (пунктирний штрих, а не електрони!) показано водневий зв'язок.

Водневий зв'язок існує між молекулами води. Вона утворюється, якщо дотримуються дві умови:
1) у молекулі є сильно полярний зв'язок Н–Е (Е – символ атома досить електронегативного елемента),
2) у молекулі є атом Е з великим негативним частковим зарядом та неподіленою парою електронів.
Як елемент Е може бути фтор, кисень і азот. Істотно слабші водневі зв'язки, якщо Е – хлор чи сірка.
Приклади речовин з водневим зв'язком між молекулами: фтороводород, твердий або рідкий аміак, етиловий спирт та багато інших.

У рідкому фтороводороді його молекули пов'язані водневими зв'язками в досить довгі ланцюги, а рідкому і твердому аміаку утворюються тривимірні сітки.
По міцності водневий зв'язок – проміжний між хімічним зв'язкомта іншими видами міжмолекулярних зв'язків. Молярна енергія водневого зв'язку зазвичай лежить у межах від 5 до 50 кДж/моль.
У твердій воді (тобто в кристалах льоду) всі атоми водню пов'язані водневими зв'язками з атомами кисню, у своїй кожен атом кисню утворює дві водневі зв'язку (використовуючи обидві неподілені пари електронів). Така структура робить лід більш "пухким" порівняно з рідкою водою, де частина водневих зв'язків виявляється розірваною, і молекули отримують можливість дещо щільніше "упаковуватися". Ця особливість структури льоду пояснює, чому, на відміну більшості інших речовин, вода у твердому стані має меншу щільність, ніж у рідкому. Максимальної щільності вода досягає при 4 ° С - при цій температурі рветься досить багато водневих зв'язків, а теплове розширенняще не дуже позначається на щільності.
Водневі зв'язки мають дуже велике значення у нашому житті. Уявімо собі на хвилину, що водневі зв'язки перестали утворюватися. Ось деякі наслідки:

вода при кімнатній температурі стала б газоподібною, оскільки її температура кипіння знизилася до приблизно –80 °С;
всі водойми стали б промерзати з дна, так як щільність льоду була б більшою за щільність рідкої води;
перестала б існувати подвійна спіраль ДНК та багато іншого.

Наведених прикладів достатньо, щоб зрозуміти, що в цьому випадку природа на нашій планеті стала б зовсім іншою.

Водневий зв'язок, УМОВИ ЇЇ ОСВІТИ.
Формула етилового спиртуСН 3 -СН 2 -О-Н. Між якими атомами різних молекул цієї речовини утворюються водневі зв'язки? Складіть структурні формули, що ілюструють їхнє утворення.
2. Водневі зв'язки існують не тільки в індивідуальних речовинах, а й у розчинах. Покажіть за допомогою структурних формул, як утворюються водневі зв'язки у водному розчині а) аміаку; б) фтороводню; в) етанолу (етилового спирту). = 2Н2О.
Обидві ці реакції протікають у воді постійно і з рівною швидкістю, отже, у воді існує рівновага: 2Н 2 О AН 3 О + ОН .
Ця рівновага називається рівновагою автопротолізуводи.

Пряма реакція цього оборотного процесу ендотермічна, тому при нагріванні автопротоліз посилюється, при кімнатній температурі рівновагу зсунуто вліво, тобто концентрація іонів Н 3 Про і ВІН мізерні. Чому вони рівні?
За законом діючих мас

Але через те, що кількість молекул води, що прореагували, порівняно із загальним числом молекул води незначна, можна вважати, що концентрація води при автопротолізі практично не змінюється, і 2 = const Така низька концентрація різноіменно заряджених іонів у чистій водіпояснює, чому ця рідина, хоч і погано, але все ж таки проводить електричний струм.

АВТОПРОТОЛІЗ ВОДИ, КОНСТАНТУ АВТОПРОТОЛІЗУ (ІОННА ВИРОБКА) ВОДИ.
Іонний добуток рідкого аміаку (температура кипіння –33 °С) дорівнює 2·10 –28 . Складіть рівняння автопротолізу аміаку. Визначте концентрацію іонів амонію в рідкому рідкому аміаку. Електропровідність якої з речовин більша, води або рідкого аміаку?

1. Одержання водню та його горіння (відновлювальні властивості).
2. Отримання кисню та горіння речовин у ньому (окисні властивості).

Кисень— один із найпоширеніших на Землі елементів. Він становить близько половини ваги земної кори, зовнішньої оболонки планети. У поєднанні з воднем він утворює воду, що покриває понад дві третини земної поверхні.

Ми не можемо ні побачити кисень, ні відчути його смак чи запах. Тим не менш, він становить п'яту частину повітря і є життєво необхідним. Щоб жити, нам, як і тваринам і рослинам, треба дихати.

Кисень - неодмінний учасник хімічних реакцій, що йдуть усередині будь-якої мікроскопічної клітини живого організму, в результаті яких розщеплюються поживні речовини та вивільняється енергія, необхідна для життя. Саме тому кисень так необхідний кожній живій істоті (за винятком небагатьох видів мікробів).

При горінні речовини з'єднуються з киснем, виділяючи у своїй енергію як тепла і світла.

Водень

Найпоширенішим елементом у Всесвіті є водень. На нього припадає переважна більшість більшості зірок. На Землі переважна більшість водню (хімічний знак Н) пов'язані з киснем (О), утворюючи воду (Н20). Водень є найпростішим і найлегшим хімічним елементом, оскільки кожен його атом складається лише з одного протону та одного електрона.

На початку XX століття воднем наповнювали дирижаблі, великі повітряні судна. Проте водень дуже легко спалахує. Після кількох катастроф, спричинених пожежами, водень у дирижаблях перестали використовувати. Сьогодні в повітроплаванні використовують інший легкий газ - негорючий гелій.

Водень з'єднується з вуглецем та утворює речовини, які називаються вуглеводнями. До них відносяться продукти, що отримуються з природного газу та сирої нафти, наприклад, газоподібні пропан та бутан, або рідкий бензин. Водень також з'єднується з вуглецем та киснем з утворенням вуглеводів. Крохмаль у картоплі та рисі, цукор у буряках є вуглеводами.

Сонце та інші зірки здебільшого складаються з водню. У центрі зірки жахливі температури та тиски змушують атоми водню зливатися один з одним і перетворюватися на інший газ – гелій. При цьому виділяється величезна кількість енергії у вигляді тепла та світла.

Промислові способи отримання простих речовин залежать від того, в якому вигляді відповідний елемент знаходиться в природі, тобто може бути сировиною для його отримання. Так, кисень, що є у вільному стані, отримують фізичним способом- Виділенням з рідкого повітря. Водень же майже весь знаходиться у вигляді сполук, тому для його отримання застосовують хімічні методи. Зокрема, можуть бути використані реакції розкладання. Одним із способів отримання водню є реакція розкладання води електричним струмом.

Основний промисловий спосіб отримання водню – реакція з водою метану, що входить до складу природного газу. Вона проводиться при високій температурі (легко переконатися, що при пропущенні метану навіть через киплячу воду жодної реакції не відбувається):

СН 4 + 2Н 2 0 = CO 2 + 4Н 2 – 165 кДж

У лабораторії для отримання простих речовин використовують не обов'язково природну сировину, а вибирають ті вихідні речовини, з яких легко виділити необхідну речовину. Наприклад, у лабораторії кисень не отримують із повітря. Це саме стосується і отримання водню. Один з лабораторних способів отримання водню, який застосовується іноді і в промисловості, - розкладання води електрострумом.

Зазвичай у лабораторії водень отримують взаємодією цинку із соляною кислотою.

У промисловості

1.Електроліз водних розчинів солей:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Пропускання пар води над розпеченим коксомпри температурі близько 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Із природного газу.

Конверсія з водяною парою: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Каталітичне окиснення киснем: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Крекінг та реформінг вуглеводнів у процесі переробки нафти.

В лабораторії

1.Дія розведених кислот на метали.Для проведення такої реакції найчастіше використовують цинк та соляну кислоту:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Взаємодія кальцію з водою:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Гідроліз гідридів:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Дія лугів на цинк або алюміній:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.За допомогою електролізу.При електролізі водних розчинів лугів або кислот на катоді відбувається виділення водню, наприклад:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

Біореактор для виробництва водню

Фізичні властивості

Газоподібний водень може існувати у двох формах (модифікаціях) - у вигляді орто- та пара-водню.

У молекулі ортоводороду (т. пл. −259,10 °C, т. кіп. −252,56 °C) ядерні спини спрямовані однаково (паралельні), а у параводню (т. пл. −259,32 °C, т .кіп -252,89 ° C) - протилежно один одному (антипаралельні).

Розділити алотропні форми водню можна адсорбцією на активному вугіллі за нормальної температури рідкого азоту. При дуже низьких температурах рівновага між ортоводородом і параводнем майже націло зрушена в бік останнього. При 80 К співвідношення форм приблизно 1:1. Десорбований параводень при нагріванні перетворюється на ортоводород до утворення рівноважної при кімнатній температурі суміші (орто-пара: 75:25). Без каталізатора перетворення відбувається повільно, що дозволяє вивчити властивості окремих алотропних форм. Молекула водню двоатомна - Н₂. За звичайних умов - це газ без кольору, запаху та смаку. Водень - найлегший газ, його щільність набагато менше щільності повітря. Очевидно, що чим менша маса молекул, тим вища їхня швидкість при одній і тій же температурі. Як найлегші, молекули водню рухаються швидше за молекули будь-якого іншого газу і тим швидше можуть передавати теплоту від одного тіла до іншого. Звідси випливає, що водень має найвищу теплопровідність серед газоподібних речовин. Його теплопровідність приблизно в сім разів вища за теплопровідність повітря.

Хімічні властивості

Молекули водню Н₂ досить міцні, і для того, щоб водень міг вступити в реакцію, повинна бути витрачена велика енергія: Н 2 =2Н - 432 кДж. Ca + Н 2 = СаН 2 і з єдиним неметалом - фтором, утворюючи фтороводород: F 2 +H 2 =2HF З більшістю металів і неметалів водень реагує при підвищеній температурі або при іншій дії, наприклад при освітленні. Він може «віднімати» кисень від деяких оксидів, наприклад: CuO + Н 2 = Cu + Н 2 0 Записане рівняння відображає реакцію відновлення. Реакціями відновлення називають процеси, в результаті яких від з'єднання віднімається кисень; речовини, що забирають кисень, називаються відновниками (при цьому вони самі окислюються). Далі буде дано й інше визначення понять «окислення» та «відновлення». А це визначення, історично перше, зберігає значення й у час, особливо у органічної хімії. Реакція відновлення протилежна реакції окиснення. Обидві ці реакції завжди протікають одночасно як процес: при окисленні (відновленні) однієї речовини обов'язково одночасно відбувається відновлення (окислення) іншого.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

З галогенами утворює галогеноводороди:

F 2 + H 2 → 2 HF, реакція протікає з вибухом у темряві та за будь-якої температури, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, реакція протікає з вибухом, тільки на світлі.

З сажею взаємодіє при сильному нагріванні:

C + 2H 2 → CH 4

Взаємодія з лужними та лужноземельними металами

Водень утворює з активними металами гідриди:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Гідриди- солеподібні, тверді речовини, легко гідролізуються:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Взаємодія з оксидами металів (як правило, d-елементів)

Оксиди відновлюються до металів:

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

Гідрування органічних сполук

При дії водню на ненасичені вуглеводні у присутності нікелевого каталізатора та підвищеної температури відбувається реакція гідрування:

CH 2 = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Водень відновлює альдегіди до спиртів:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Геохімія водню

Водень - основний будівельний матеріалвсесвіту. Це найпоширеніший елемент, і всі елементи утворюються з нього внаслідок термоядерних та ядерних реакцій.

Вільний водень H 2 відносно рідко зустрічається у земних газах, але у вигляді води він бере виключно важливу участь у геохімічних процесах.

До складу мінералів водень може входити у вигляді іону амонію, гідроксил-іона та кристалічної води.

У атмосфері водень безупинно утворюється внаслідок розкладання води сонячним випромінюванням. Він мігрує у верхні шари атмосфери і випаровується в космос.

Застосування

Воднева енергетика

Атомарний водень використовується для атомно-водневого зварювання.

У харчовій промисловості водень зареєстрований як харчової добавки E949як пакувальний газ.

Особливості звернення

Водень при суміші з повітрям утворює вибухонебезпечну суміш – так званий гримучий газ. Найбільшу вибухонебезпечність цей газ має при об'ємному відношенні водню та кисню 2:1, або водню та повітря приблизно 2:5, тому що в повітрі кисню міститься приблизно 21%. Також водень пожежонебезпечний. Рідкий водень при попаданні на шкіру може спричинити сильне обмороження.

Вибухонебезпечні концентрації водню з киснем виникають від 4% до 96% об'ємних. При суміші з повітрям від 4% до 75(74) % об'ємних.

Використання водню

У хімічній промисловості водень використовують при виробництві аміаку, мила та пластмас. У харчовій промисловості за допомогою водню з рідких рослинних олійроблять маргарин. Водень дуже легкий і у повітрі завжди піднімається нагору. Колись дирижаблі та повітряні кулі наповнювали воднем. Але в 30-х роках. ХХ ст. сталося кілька жахливих катастроф, коли дирижаблі вибухали та згоряли. Нині дирижаблі наповнюють газом гелієм. Водень використовують також як ракетне паливо. Колись водень, можливо, будуть широко застосовувати як паливо для легкових та вантажних автомобілів. Водневі двигуни не забруднюють навколишнього середовища і виділяють лише водяну пару (щоправда, саме одержання водню призводить до деякого забруднення навколишнього середовища). Наше Сонце здебільшого складається з водню. Сонячне тепло та світло – це результат виділення ядерної енергії при злитті ядер водню.

Використання водню як паливо (економічна ефективність)

Найважливішою характеристикою речовин, що використовуються як паливо, є їхня теплота згоряння. З курсу загальної хіміївідомо, що взаємодія водню з киснем відбувається із тепла. Якщо взяти 1 моль H 2 (2 г) та 0,5 моль O 2 (16 г) за стандартних умов і порушити реакцію, то відповідно до рівняння

Н 2 + 0,5 О 2 = Н 2 О

після завершення реакції утворюється 1 моль H 2 O (18 г) з виділенням енергії 285,8 кДж/моль (для порівняння: теплота згоряння ацетилену становить 1300 кДж/моль, пропану - 2200 кДж/моль). 1 м ³ водню важить 89,8 г (44,9 моль). Тому для отримання 1 м водню буде витрачено 12832,4 кДж енергії. З огляду на те, що 1 кВт·ч = 3600 кДж, отримаємо 3,56 кВт·ч електроенергії. Знаючи тариф на 1 кВт·год електрики та вартість 1 м³ газу, можна робити висновок про доцільність переходу на водневе паливо.

Наприклад, експериментальна модель Honda FCX 3 покоління із баком водню 156 л (містить 3,12 кг водню під тиском 25 МПа) проїжджає 355 км. Відповідно з 3,12 кг H2 виходить 123,8 кВт · год. На 100 км витрата енергії становитиме 36,97 кВт·год. Знаючи вартість електроенергії, вартість газу чи бензину, їхня витрата для автомобіля на 100 км легко підрахувати негативний економічний ефект переходу автомобілів на водневе паливо. Скажімо (Росія 2008), 10 центів за кВт·год електроенергії призводять до того, що 1 м³ водню призводять до ціни 35,6 цента, а з урахуванням ККД розкладання води 40-45 центів, така сама кількість кВт·год від спалювання бензину коштує 12832,4кДж/42000кДж/0,7кг/л*80центов/л=34 цента за роздрібними цінами, тоді як водню ми вираховували ідеальний варіант, без урахування транспортування, амортизації устаткування тощо. буд. Для метану з енергією згоряння близько 39 МД на м³ результат буде нижчим у два-чотири рази через різницю в ціні (1м³ для України коштує 179$, а для Європи 350$). Тобто еквівалентна кількість метану коштуватиме 10-20 центів.

Однак не слід забувати, що при спалюванні водню ми отримуємо чисту воду, з якої його і видобули. Тобто маємо відновлюваний запасникенергії без шкоди для довкілля, на відміну газу чи бензину, які є первинними джерелами енергії.

Php on line 377 Warning: require(http://www..php): failed to open stream: no suitable wrapper could be found in /hsphere/local/home/winexins/сайт/tab/vodorod.php on line 377 Fatal error: require(): Failed opening required "http://www..php" (include_path="..php on line 377

В нашій повсякденному життіє речі, які настільки поширені, що майже кожна людина знає про них. Наприклад, всім відомо, що вода – рідина, вона легко доступна і не горить, отже, вона може гасити вогонь. Але ви колись замислювалися чому це так?

Джерело зображення: pixabay.com

Вода складається з атомів водню та кисню. Обидва ці елементи підтримують горіння. Отже, виходячи із загальної логіки (не наукової) з цього випливає, що вода теж має горіти, чи не так? Проте цього немає.

Коли відбувається горіння?

Горіння - це хімічний процес, в якому молекули та атоми об'єднуються, при цьому виділяється енергія у вигляді тепла та світла. Щоб щось спалити вам знадобиться дві речі - паливо як джерело горіння (наприклад, аркуш паперу, шматок дерева і т. д.) і окисник (кисень, що міститься в земній атмосфері, є основним окислювачем). Також нам знадобиться тепло необхідне досягнення температури займання речовини, щоб розпочався процес горіння.

Джерело зображення auclip.ru

Наприклад, розглянемо процес спалювання паперу з використанням сірників. Папір у цьому випадку буде паливом, газоподібний кисень, що міститься в повітрі виступатиме як окислювач, а температура займання досягатиметься завдяки сірнику, що горить.

Структура хімічного складу води

Джерело зображення: water-service.com.ua

Вода складається з двох атомів водню та одного атома кисню. Її хімічна формула Н2О. Тепер цікаво відзначити, що два складові елементи води дійсно легкозаймисті речовини.

Чому водень є горючою речовиною?

Атоми водню мають лише один електрон, тому легко з'єднується з іншими елементами. Як правило, у природі водень зустрічається у вигляді газу, молекули якого складаються з двох атомів. Цей газ дуже реактивний і швидко окислюється в присутності окислювача, що робить його легкозаймистим.

Джерело зображення: myshared.ru

При згорянні водню відбувається виділення великої кількості енергії, тому часто використовують у зрідженому вигляді для запуску в космос космічних апаратів.

Кисень підтримує горіння

Як згадувалося раніше, для будь-якого горіння потрібен окисник. Є багато хімічних окислювачів, серед них кисень, озон, перекис водню, фтор і т.д. Як основний окислювач, який у надлишку міститься в атмосфері Землі є кисень. Він, як правило, є основним окислювачем у більшості пожеж. Саме тому для підтримки вогню необхідний постійний приплив кисню.

Вода гасить вогонь

Вода може гасити вогонь з низки причин, однією з яких є те, що це негорюча рідина, незважаючи на те, що складається з двох елементів, які можуть окремо створити вогняне пекло.

Вода – найпоширеніший засіб гасіння пожеж. Джерело зображення: pixabay.com

Як ми вже говорили раніше, водень легко спалахує, все що для цього потрібно це окислювач і температура запалення для початку реакції. Оскільки кисень є найпоширенішим окислювачем Землі він швидко з'єднується з атомами водню із великої кількості світла і тепла, у своїй утворюються молекули води. Ось як це відбувається:

Зверніть увагу на те, що суміш водню з невеликим об'ємом кисню або повітря вибухонебезпечна і називається гримучим газом, вона згорає надзвичайно швидко з гучною бавовною, що сприймається як вибух. Катастрофа дирижабля "Гінденбург" у 1937 р. у Нью-Джерсі забрала десятки життів внаслідок займання водню, яким була наповнена оболонка дирижабля. Легка займистість водню та його вибухонебезпечність у поєднанні з киснем – це головна причина того, що ми не отримуємо воду хімічним шляхом у лабораторіях.

10.1. Водень

а) Хімічний елемент водень

б) Атом водню

З попередніх розділів курсу хімії вам відомі такі характеристики атома водню:

Таблиця 28Валентні можливості атома водню

Валентний стан		Приклади хімічних речовин
	I 0 -I	HCl, H 2 O, H 2 S, NH 3 , CH 4 , C 2 H 6 , NH 4 Cl, H 2 SO 4 , NaHCO 3 , KOH H 2 B 2 H 6 , SiH 4 , GeH 4
		NaH, KH, CaH 2 , BaH 2

в) Молекула водню

г) Водень (речовина)

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2.

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 ( t, Ni)

або обробляють за високої температури парами води вугілля:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2 . ( t)

Чистий водень одержують із води, розкладаючи її електричним струмом (піддаючи електролізу):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (електроліз).

д) З'єднання водню

LiH
NaH	MgH 2
KH	CaH 2
RbH	SrH 2
CsH	BaH 2

N 2 +3H 2 2NH 3 ( Р, t, Pt - каталізатор).

H 2 + Cl 2 = 2HCl.

1.З яких частинок складаються ядра а) протию, б) дейтерію, в) тритію?
2.Порівняйте енергію іонізації атома водню з енергією іонізації атомів інших елементів. До якого елемента за цією характеристикою водень найближчий?
3. Проробіть те саме для енергії спорідненості до електрона
4.Порівняйте напрямок поляризації ковалентного зв'язку та ступінь окислення водню в сполуках: а) BeH 2 ,CH 4 , NH 3 , H 2 O, HF; б) CH 4 SiH 4 GeH 4 .
5.Запишіть найпростішу, молекулярну, структурну та просторову формулу водню. Яка з них найчастіше використовується?
6. Часто кажуть: "Водень легший за повітря". Що під цим мається на увазі? У яких випадках цей вираз можна розуміти буквально, а в яких – ні?
7.Складіть структурні формули гідридів калію та кальцію, а також аміаку, сірководню та бромоводню.
8. Знаючи молярні теплоти плавлення та пароутворення водню, визначте значення відповідних питомих величин.
9. Для кожної з чотирьох реакцій, що ілюструють основні хімічні властивості водню, складіть електронний баланс. Позначте окислювачі та відновники.
10.Визначте масу цинку, необхідного для одержання 4,48 л водню лабораторним способом.
11.Визначте масу та об'єм водню, який можна отримати з 30 м 3 суміші метану та пари води, взятих в об'ємному відношенні 1:2, при виході 80 %.
12.Складіть рівняння реакцій, що протікають при взаємодії водню а) зі фтором, б) із сіркою.
13.Наведені нижче схеми реакцій ілюструють основні хімічні властивості іонних гідридів:

10.2 Кисень

а) Хімічний елемент кисень

У природному ряді елементів порядковий номер кисню – 8. У системі елементів кисень перебуває у другому періоді у VIA групі.
Кисень – найпоширеніший елемент Землі. У земній корі кожен другий атом - атом кисню, тобто молярна частка кисню в атмосфері, гідросфері та літосфері Землі - близько 50%. Кисень (речовина) – складова частина повітря. Об'ємна частка кисню повітря –21 %. Кисень (елемент) входить до складу води, багатьох мінералів, а також рослин та тварин. У тілі людини міститься середньому 43 кг кисню.
Природний кисень складається з трьох ізотопів (16 О, 17 О і 18 О), з яких найбільш поширений найлегший ізотоп 16 О. Тому атомна маса кисню близька до 16 Дн (15,9994 Дн).

б) Атом кисню

Вам відомі такі характеристики атома кисню.

Таблиця 29Валентні можливості атома кисню

Валентний стан		Приклади хімічних речовин
		Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *

	-II -I 0 +I +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 OF 2
		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

в) Молекула кисню

г) Кисень (речовина)

2Na + O2 = Na2O2.

д) Озон та його молекули

3О 2 = 2О 3().

У хімії дипольний момент вимірюють у дебаях: 1 Д = 3,34. 10-30 Кл. м

(Н 2 О) = ,

де q 1 та q 2 – часткові заряди (+) на атомах водню, та – міжатомні відстані О – Н у молекулі. Так як q 1 = q 2 = q, а , то

Експериментально певні дипольні моменти молекули води та деяких інших молекул наведено у таблиці.

Таблиця 30Дипольні моменти деяких полярних молекул

Молекула	Молекула	Молекула

Таблиця 31Деякі фізичні характеристики води

10.4. Водневий зв'язок

Як ви вже знаєте, через суттєву різницю в електронегативності водню і кисню (2,10 і 3,50) у атома водню в молекулі води виникає великий позитивний частковий заряд ( qгод = 0,33 е), а атома кисню – ще більший негативний частковий заряд ( qгод = -0,66 е). Згадаймо також, що атом кисню має дві неподілені пари електронів на sp 3-гібридних АТ. Атом водню однієї молекули води притягується до атома кисню іншої молекули, і, крім того, напівпорожня 1s-АТ атома водню частково акцептує пару електронів атома кисню. Внаслідок цих взаємодій між молекулами виникає особливий вид міжмолекулярних зв'язків – водневий зв'язок.
У разі води утворення водневого зв'язку може бути схематично представлено таким чином:

В останній структурній формулі трьома точками (пунктирний штрих, а не електрони!) показано водневий зв'язок.

У рідкому фтороводороді його молекули пов'язані водневими зв'язками в досить довгі ланцюги, а рідкому і твердому аміаку утворюються тривимірні сітки.
За міцністю водневий зв'язок – проміжний між хімічним зв'язком та іншими видами міжмолекулярних зв'язків. Молярна енергія водневого зв'язку зазвичай лежить у межах від 5 до 50 кДж/моль.
У твердій воді (тобто в кристалах льоду) всі атоми водню пов'язані водневими зв'язками з атомами кисню, у своїй кожен атом кисню утворює дві водневі зв'язку (використовуючи обидві неподілені пари електронів). Така структура робить лід більш "пухким" порівняно з рідкою водою, де частина водневих зв'язків виявляється розірваною, і молекули отримують можливість дещо щільніше "упаковуватися". Ця особливість структури льоду пояснює, чому, на відміну більшості інших речовин, вода у твердому стані має меншу щільність, ніж у рідкому. Максимальної щільності вода досягає при 4 ° С - при цій температурі рветься досить багато водневих зв'язків, а теплове розширення ще не дуже позначається на щільності.
Водневі зв'язки мають дуже велике значення у нашому житті. Уявімо собі на хвилину, що водневі зв'язки перестали утворюватися. Ось деякі наслідки:

вода при кімнатній температурі стала б газоподібною, оскільки її температура кипіння знизилася до приблизно –80 °С;
всі водойми стали б промерзати з дна, так як щільність льоду була б більшою за щільність рідкої води;
перестала б існувати подвійна спіраль ДНК та багато іншого.

Водневий зв'язок, УМОВИ ЇЇ ОСВІТИ.
Формула етилового спирту СН 3 -СН 2 -О-Н. Між якими атомами різних молекул цієї речовини утворюються водневі зв'язки? Складіть структурні формули, що ілюструють їхнє утворення.
2. Водневі зв'язки існують не тільки в індивідуальних речовинах, а й у розчинах. Покажіть за допомогою структурних формул, як утворюються водневі зв'язки у водному розчині а) аміаку; б) фтороводню; в) етанолу (етилового спирту). = 2Н2О.
Обидві ці реакції протікають у воді постійно і з рівною швидкістю, отже, у воді існує рівновага: 2Н 2 О AН 3 О + ОН .
Ця рівновага називається рівновагою автопротолізуводи.

Але через те, що кількість молекул води, що прореагували, порівняно із загальним числом молекул води незначна, можна вважати, що концентрація води при автопротолізі практично не змінюється, і 2 = const Така низька концентрація різноіменно заряджених іонів у чистій воді пояснює, чому ця рідина, хоч і погано, проте проводить електричний струм.