Väte H är ett kemiskt element, ett av de vanligaste i vårt universum. Massan av väte som ett element i sammansättningen av ämnen är 75% av det totala innehållet av atomer av en annan typ. Det ingår i den viktigaste och viktigaste anslutningen på planeten - vatten. En utmärkande egenskap hos väte är också att det är det första grundämnet i det periodiska systemet av kemiska grundämnen i D. I. Mendeleev.
Upptäckt och utforskning
De första referenserna till väte i Paracelsus skrifter går tillbaka till 1500-talet. Men dess isolering från gasblandningen av luft och studiet av brännbara egenskaper gjordes redan på 1600-talet av vetenskapsmannen Lemery. Vätgas studerades grundligt av den engelske kemisten, fysikern och naturforskaren Henry Cavendish, som experimentellt bevisade att vätemassan är den minsta i jämförelse med andra gaser. I de efterföljande stadierna av vetenskapens utveckling arbetade många vetenskapsmän med honom, särskilt Lavoisier, som kallade honom "att föda vatten."
Karakteristisk enligt positionen i PSHE
Element som öppnasperiodiska systemet för D. I. Mendeleev, är väte. Atomens fysikaliska och kemiska egenskaper visar en viss dualitet, eftersom vätet samtidigt tilldelas den första gruppen, huvudundergruppen, om det beter sig som en metall och avger en enda elektron i processen för en kemisk reaktion, och till sjunde - i fallet med fullständig fyllning av valensskalet, det vill säga mottagningsnegativ partikel, vilket karakteriserar det som liknar halogener.
Funktioner i elementets elektroniska struktur
Väteatomens egenskaper, de komplexa ämnen den ingår i och det enklaste ämnet H2 bestäms i första hand av vätets elektronkonfiguration. Partikeln har en elektron med Z=(-1), som roterar i sin bana runt kärnan, innehållande en proton med massaenhet och positiv laddning (+1). Dess elektroniska konfiguration är skriven som 1s1, vilket betyder närvaron av en negativ partikel i den allra första och enda s-orbitalen för vätet.
När en elektron lösgörs eller ges bort, och en atom av detta grundämne har en sådan egenskap att den är relaterad till metaller, erhålls en katjon. Faktum är att vätejonen är en positiv elementarpartikel. Därför kallas ett väte som saknar en elektron helt enkelt en proton.
Fysiska egenskaper
Om vi kort beskriver de fysikaliska egenskaperna hos väte, så är det en färglös, lätt löslig gas med en relativ atommassa lika med 2, 14,5 gånger lättare än luft, med en temperaturkondensering av -252,8 grader Celsius.
Du kan enkelt se av erfarenhet att H2 är det enklaste. För att göra detta räcker det att fylla tre bollar med olika ämnen - väte, koldioxid, vanlig luft - och samtidigt släppa dem från din hand. Den som är fylld med CO2 kommer att nå marken snabbare än någon annan, efter den kommer den uppblåsta luftblandningen att sjunka, och den som innehåller H2 kommer att stiga till taket.
Vätepartiklarnas lilla massa och storlek motiverar dess förmåga att tränga igenom olika ämnen. I exemplet med samma boll är detta lätt att verifiera, om ett par dagar kommer den att tömma sig själv, eftersom gasen helt enkelt kommer att passera genom gummit. Dessutom kan väte ackumuleras i strukturen hos vissa metaller (palladium eller platina) och avdunsta från den när temperaturen stiger.
Den låglösliga egenskapen hos väte används i laboratoriepraxis för dess isolering med metoden för undanträngning av vatten. Vätets fysikaliska egenskaper (tabellen nedan innehåller huvudparametrarna) avgör omfattningen av dess tillämpning och produktionsmetoder.
| Parameter för en atom eller molekyl av en enkel substans | Meaning |
| Atommassa (molmassa) | 1,008 g/mol |
| Elektronisk konfiguration | 1s1 |
| Kristallgitter | Hexagonal |
| Värmeledningsförmåga | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
| Densitet vid n. å. | 0, 08987 g/l |
| Kokpunkt | -252, 76 °C |
| Specifikt värmevärde | 120, 9 106 J/kg |
| Smältpunkt | -259, 2 °C |
| Vattenlöslighet | 18, 8ml/L |
Isotopkomposition
Liksom många andra representanter för det periodiska systemet av kemiska grundämnen, har väte flera naturliga isotoper, det vill säga atomer med samma antal protoner i kärnan, men ett annat antal neutroner - partiklar med noll laddning och enhet massa. Exempel på atomer som har denna egenskap är syre, kol, klor, brom och andra, inklusive radioaktiva sådana.
Fysiska egenskaper hos väte 1H, den vanligaste av representanterna för denna grupp, skiljer sig väsentligt från samma egenskaper hos dess motsvarigheter. Speciellt skiljer sig egenskaperna hos de ämnen som de ingår i. Så det finns vanligt och deutererat vatten, innehållande i dess sammansättning istället för en väteatom med en enda proton, deuterium 2H - dess isotop med två elementarpartiklar: positiv och oladdad. Denna isotop är dubbelt så tung som vanligt väte, vilket förklarar den grundläggande skillnaden i egenskaperna hos de föreningar de utgör. I naturen är deuterium 3200 gånger ovanligare än väte. Den tredje representanten är tritium 3Н, i kärnan har den två neutroner och en proton.
Metoder för att erhålla och välja
Laboratorie- och industrimetoder för att framställa väte är väldigt olika. Ja, i små mängdergas produceras främst genom reaktioner som involverar mineraler, medan storskalig produktion använder organisk syntes i större utsträckning.
Följande kemiska interaktioner används i laboratoriet:
- Reaktionen av alkali- och jordalkalimetaller med vatten för att bilda alkali och önskad gas.
- Elektrolys av en vattenh altig elektrolytlösning, H2↑ frisätts vid anoden, och syre frigörs vid katoden.
- Nedbrytning av alkalimetallhydrider med vatten, produkterna är alkaliska och följaktligen H-gas2↑.
- Reaktion av utspädda syror med metaller för att bilda s alter och H2↑.
- Inverkan av alkalier på kisel, aluminium och zink främjar också frisättningen av väte parallellt med bildningen av komplexa s alter.
I industriella intressen erhålls gas med metoder som:
- Termisk nedbrytning av metan i närvaro av en katalysator till dess beståndsdelar enkla ämnen (350 grader når värdet av en sådan indikator som temperatur) - väte H2↑ och kol C.
- Passar ångbaserat vatten genom koks vid 1000 grader Celsius för att bilda koldioxid CO2 och H2↑ (den vanligaste metoden)
- Omvandling av gasformig metan på en nickelkatalysator vid temperaturer som når 800 grader.
- Väte är en biprodukt från elektrolysen av vattenh altiga lösningar av kalium- eller natriumklorider.
Kemiskinteraktioner: allmänningar
De fysikaliska egenskaperna hos väte förklarar till stor del dess beteende i reaktionsprocesser med en eller annan förening. Vätets valens är 1, eftersom det är beläget i den första gruppen i det periodiska systemet, och graden av oxidation visar en annan. I alla föreningar, förutom hydrider, väte i s.o.=(1+), i molekyler som ХН, ХН2, ХН3 – (1) -).
En vätgasmolekyl, bildad genom att skapa ett generaliserat elektronpar, består av två atomer och är ganska stabil energimässigt, varför den under normala förhållanden är något inert och går in i reaktioner när normala förhållanden förändras. Beroende på graden av oxidation av väte i sammansättningen av andra ämnen kan det fungera både som oxidationsmedel och reduktionsmedel.
Ämnen som den reagerar med och bildar väte
Elemental interaktioner för att bilda komplexa ämnen (ofta vid förhöjda temperaturer):
- Alkalisk och alkalisk jordartsmetall + väte=hydrid.
- Halogen + H2=vätehalogenid.
- Svavel + väte=vätesulfid.
- Oxygen + H2=vatten.
- Kol + väte=metan.
- Kväve + H2=ammoniak.
Interaktion med komplexa ämnen:
- Producerar syntesgas från kolmonoxid och väte.
- Återvinning av metaller från deras oxider med hjälp av H2.
- Vätemättnad av omättade alifatiskakolväten.
vätebindning
De fysikaliska egenskaperna hos väte är sådana att de tillåter det, i kombination med ett elektronegativt element, att bilda en speciell typ av bindning med samma atom från närliggande molekyler som har odelade elektronpar (till exempel syre, kväve och fluor). Det tydligaste exemplet där det är bättre att överväga ett sådant fenomen är vatten. Man kan säga att det är sytt med vätebindningar, som är svagare än kovalenta eller joniska, men på grund av att det finns många av dem har de en betydande effekt på ämnets egenskaper. Vätebindning är i huvudsak en elektrostatisk interaktion som binder vattenmolekyler till dimerer och polymerer, vilket ger upphov till dess höga kokpunkt.
Väte i mineralföreningar
Sammansättningen av alla oorganiska syror inkluderar en proton - en katjon av en atom som väte. Ett ämne vars syrarest har ett oxidationstillstånd större än (-1) kallas en flerbasisk förening. Den innehåller flera väteatomer, vilket gör dissociation i vattenlösningar i flera steg. Varje efterföljande proton bryts loss från resten av syran allt svårare. Genom det kvantitativa innehållet av väte i mediet bestäms dess surhet.
Väte innehåller också hydroxylgrupper av baser. I dem är väte kopplat till en syreatom, som ett resultat är oxidationstillståndet för denna alkalirest alltid lika med (-1). H alten av hydroxyler i mediet bestämmer dess basicitet.
Tillämpning i mänskliga aktiviteter
Cylinder med ett ämne, samt behållare med andra flytande gaser, som syre, har ett specifikt utseende. De är målade mörkgröna med en klarröd "Hydrogen"-bokstäver. Gas pumpas in i en cylinder under ett tryck på cirka 150 atmosfärer. Vätets fysikaliska egenskaper, särskilt lättheten hos det gasformiga aggregationstillståndet, används för att fylla det i en blandning med heliumballonger, ballonger, etc.
Väte, vars fysikaliska och kemiska egenskaper människor lärde sig att använda för många år sedan, används för närvarande i många industrier. Det mesta går till produktion av ammoniak. Väte är också involverat i produktionen av metaller (hafnium, germanium, gallium, kisel, molybden, volfram, zirkonium och andra) från oxider, som fungerar i reaktionen som ett reduktionsmedel, cyanväte och s altsyra, metylalkohol och konstgjord vätska bränsle. Livsmedelsindustrin använder det för att förvandla vegetabiliska oljor till fasta fetter.
Fastställt de kemiska egenskaperna och användningen av väte i olika processer för hydrering och hydrering av fetter, kol, kolväten, oljor och eldningsolja. Med hjälp av den produceras ädelstenar, glödlampor, metallprodukter smids och svetsas under påverkan av en syre-väte låga.
