Vety - mikä tämä aine on? Vedyn kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Jokainen jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuainesillä on määrätty sijaintipaikka, joka heijastaa sen ilmentämiä ominaisuuksia ja puhuu sen elektronisesta rakenteesta. Kaikkien joukossa on kuitenkin yksi erityinen atomi, joka vie kaksi solua kerralla. Se sijaitsee kahdessa elementtiryhmässä, jotka ovat täysin vastakkaisia ​​ilmenevien ominaisuuksien suhteen. Tämä on vety. Nämä ominaisuudet tekevät siitä ainutlaatuisen.

Vety ei ole vain alkuaine, vaan myös yksinkertainen aine, samoin kuin monien monimutkaisten yhdisteiden komponentti, biogeeninen ja organogeeninen alkuaine. Siksi tarkastelemme sen ominaisuuksia ja ominaisuuksia tarkemmin.

Vety kemiallisena alkuaineena

Vety on osa pääryhmän ensimmäistä ryhmääalaryhmä sekä pääalaryhmän seitsemäs ryhmä ensimmäisellä pienellä jaksolla. Tämä jakso koostuu vain kahdesta atomista: heliumista ja alkuaineesta, jota tarkastelemme. Kuvailkaamme vetypaikan pääpiirteitä jaksollisessa taulukossa.

1. Vedyn järjestysluku on 1, määräelektronit ovat samat, vastaavasti, protonit ovat samat. Atomimassa on 1,00795. Tässä elementissä on kolme isotooppia, joiden massanumerot ovat 1, 2, 3. Kummankin ominaisuudet ovat kuitenkin hyvin erilaiset, koska massan kasvu jopa yhdellä vedyn osalta on välittömästi kaksinkertainen.
2. Se, että ulkoisella energiatasolla hänsisältää vain yhden elektronin, sallii sen menestyksekkäästi osoittaa sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia. Lisäksi elektronin luovuttamisen jälkeen sillä on vapaa kiertorata, joka osallistuu kemiallisten sidosten muodostumiseen luovuttaja-akceptorimekanismin avulla.
3. Vety on voimakas pelkistin. Siksi sen pääpaikkaa pidetään pääalaryhmän ensimmäisenä ryhmänä, jossa sitä johtaa aktiivisimmat metallit - alkali.
4. Kuitenkin vuorovaikutuksessa vahvojen kanssapelkistimet, kuten esimerkiksi metallit, se voi myös olla hapettava aine, joka hyväksyy elektronin. Näitä yhdisteitä kutsutaan hydrideiksi. Tämän perusteella hän johtaa halogeenien alaryhmää, jonka kanssa hän on samanlainen.
5. Hyvin pienen atomimassansa takia vetyä pidetään kevyimpänä elementtinä. Lisäksi sen tiheys on myös hyvin pieni, joten se on myös keveyden vertailuarvo.

Siten on selvää, että vetyatomi ontäysin ainutlaatuinen, toisin kuin kaikki muut elementit. Näin ollen sen ominaisuudet ovat myös erityisiä, ja muodostuneet yksinkertaiset ja monimutkaiset aineet ovat erittäin tärkeitä. Tarkastellaan heitä edelleen.

Yksinkertainen aine

Jos puhumme tästä elementistä molekyylinä, on sanottava, että se on piimaa. Toisin sanoen vety (yksinkertainen aine) on kaasu. Sen empiirinen kaava kirjoitetaan H: ksi₂ja graafinen - yhden sigma-linkin H-H kautta. Atomien välisen sidoksen muodostumisen mekanismi on kovalenttinen ei-polaarinen.

Jopa Henry Cavendish vuonna 1766 onnistui avaamaantämä aine. Hän todisti, että vety on kaasu, joka voi räjähtää ilmassa. Myöhemmin ominaisuuksia tutkittiin hyvin, kävi selväksi, että tämä aine on kevyin tunnettujen joukossa.

Jo myöhemmin Lavoisier antoi nimen (elementtinä,ja siihen perustuva aine) latinaksi - hydrogenium, mikä tarkoittaa "veden synnyttämistä". Vuonna 1781 tämän elementin löytäjä Henry Cavendish osoitti, että vesi on vedyn ja hapen yhdistelmä, toisin sanoen se on niiden vuorovaikutuksen tuote. Ja se seikka, että kevyt kaasu on myös erittäin helposti syttyvää, tiedettiin jo 1500-luvulla, mikä heijastui Paracelsuksen kirjanpitoon.

Siksi molekyylivety on hyvinkahden atomin luonnossa esiintyvä, luonnossa esiintyvä kaasumainen yhdiste, joka voi räjähtää ilmassa. Lisäksi molekyyli voi hajota atomiksi, jotka osallistuvat ydinreaktioihin ja muuttuvat heliumin ytimiksi. Nämä prosessit tapahtuvat jatkuvasti auringossa ja avaruudessa, jotka ovat tämän yhdisteen päätoimittajia.

Vety on aine, joka voi ilmetä sekä hapettimena että pelkistävänä aineena. Sitä käytetään myös hyvin laajalti ihmisen toiminnassa.

Fysikaaliset ominaisuudet

Vedyn fysikaaliset parametrit ovat seuraavat:

1. Kiehumispiste - (-252,76 ⁰C).
2. Sulamispiste - (-259,2 ⁰C).
3. Ilmoitetulla lämpötila-alueella se on väritön, hajuton neste.
4. Hyvin korkeissa paineissa on lumimaisia ​​kiinteän vedyn kiteitä.
5. Tietyissä olosuhteissa (korkea paine ja matalat lämpötilat) se pystyy muuttumaan metallitilaan.
6. Käytännössä liukenematon veteen, joten kerääminen syrjäytysmenetelmällä on mahdollista, kun se saadaan laboratorio-olosuhteissa.
7. Normaaleissa olosuhteissa vety on hajuton, väritön ja mauton kaasu.
8. Se on syttyvää ja räjähtävää.
9. Se liukenee hyvin metalleihin, koska se kykenee diffundoitumaan niiden paksuuden läpi.
10. Tämä kaasu on noin 14,5 kertaa ilmaa kevyempi.

Yksinkertaisen aineen kidehila on molekyyli, sidokset ovat heikkoja, joten ne tuhoutuvat helposti.

Kemialliset ominaisuudet

Kuten edellä mainittiin, vety pystyyniillä on sekä pelkistäviä että hapettavia ominaisuuksia. Elementin +1 mahdolliset hapetustilat; -yksi. Siksi sitä käytetään teollisuudessa usein synteeseihin ja erilaisiin reaktioihin.

Vedyn hapettavat ominaisuudet

1. Vuorovaikutus aktiivisten metallien (alkali- ja maa-alkalimetallien) kanssa normaaleissa olosuhteissa johtaa suolan kaltaisten yhdisteiden muodostumiseen, joita kutsutaan hydrideiksi. Esimerkiksi: LiH, CaH₂, KH, MgH₂ ja muut.
2. Yhdisteet, joissa on matala-aktiivisia metalleja korkeiden lämpötilojen tai voimakkaan valaistuksen (reaktioiden fotokemiallinen käynnistäminen) vaikutuksesta, muodostavat myös hydridejä.

Vedyn pelkistävät ominaisuudet

1. Vuorovaikutus normaaleissa olosuhteissa vain fluorin (vahvana hapettimena) kanssa. Tämän seurauksena muodostuu fluorivetyä tai fluorivetyhappoa HF.
2. Vuorovaikutus melkein kaikkien ei-metallien kanssa, mutta tietyissä melko ankarissa olosuhteissa. Liitäntäesimerkkejä: H₂S, NH₃, H₂O, PH₃, SiH₄ ja muut.
3. Pelkistää metallit niiden oksideista yksinkertaisiksi aineiksi. Tämä on yksi teollisista menetelmistä metallien tuottamiseksi, nimeltään hydrotermia.

Erikseen tulisi korostaa reaktioita, jotkakäytetään orgaanisissa synteeseissä. Niitä kutsutaan hydraukseksi - kyllästys vedyllä ja dehydraus, eli sen eliminointi molekyylistä. Näistä konversioprosesseista saadaan erilaisia ​​hiilivetyjä ja muita orgaanisia yhdisteitä.

Luonnossa

Vety on eniten ainettaplaneetallamme ja sen ulkopuolella. Loppujen lopuksi melkein kaikki tähtienväliset tilat ja tähdet koostuvat tästä yhdisteestä. Avaruudessa se voi olla muodossa:

• plasma;
• kaasu;
• ionit;
• atomit;
• molekyylejä.

Tästä aineesta koostuu useita eri tiheyden pilviä.

Jos puhumme jakelusta erityisestikuori, sitten vety on toisella sijalla atomien lukumäärän suhteen hapen jälkeen, sen noin 17%. Sitä esiintyy harvoin vapaassa muodossa, vain pieninä määrinä kuivassa ilmassa. Tämän elementin yleisin yhdiste on vesi. Se on koostumukseltaan, että se löytyy planeetalta.

Vety on myös pakollinen komponenttiosa mitä tahansa elävää organismia. Lisäksi ihmiskehossa tämän atomin osuus on 63%. Vety on organogeeninen alkuaine, joten se muodostaa proteiini-, rasva-, hiilihydraatti- ja nukleiinihappomolekyylejä sekä monia muita elintärkeitä yhdisteitä.

vastaanotto

Tarkasteltavaa kaasua voidaan saada eri tavoin. Näihin sisältyy useita teollisia ja laboratoriosynteesivaihtoehtoja.

Teolliset menetelmät vedyn tuottamiseksi:

1. Metaanin höyrymuunnos.
2. Kivihiilen kaasutus - prosessi käsittää hiilen lämmittämisen 1000: een ⁰C, jolloin muodostuu vetyä ja hiilihiiltä.
3. Elektrolyysi. Tätä menetelmää voidaan käyttää vain erilaisten suolojen vesiliuoksiin, koska sulat eivät johda veden purkautumiseen katodissa.

Laboratoriomenetelmät vedyn tuottamiseksi:

1. Metallihydridien hydrolyysi.
2. Laimennettujen happojen vaikutus aktiivisiin metalleihin ja väliaineen aktiivisuuteen.
3. Alkali- ja maa-alkalimetallien vuorovaikutus veden kanssa.

Syntyneen vedyn kerääminen on välttämätöntäPidä putki ylösalaisin. Loppujen lopuksi tätä kaasua ei voida kerätä samalla tavalla kuin esimerkiksi hiilidioksidia. Tämä on vetyä, se on paljon kevyempi kuin ilma. Haihtuu nopeasti ja räjähtää suurina määrinä ilman kanssa sekoitettuna. Siksi putki on käännettävä ylösalaisin. Täyttämisen jälkeen se on suljettava kumitulpalla.

Kerätyn vedyn puhtauden tarkistamiseksivalaistu tulitikku tulisi tuoda kaulaan. Jos puuvilla on tylsää ja hiljaista, kaasu on puhdasta, ilman epäpuhtauksia on vähän. Jos se on kova ja viheltää, se on likainen, ja siinä on suuri osa vieraita komponentteja.

Käyttöalueet

Kun vety poltetaan, niin paljonsuuri määrä energiaa (lämpöä), jota tätä kaasua pidetään kannattavimpana polttoaineena. Lisäksi se on ympäristöystävällinen. Nykyään sen soveltaminen tällä alalla on kuitenkin rajallista. Tämä johtuu puhtaan vedyn synteesin huonosti suunnitelluista ja ratkaisemattomista ongelmista, jotka sopivat käytettäviksi polttoaineena reaktorissa, moottoreissa ja kannettavissa laitteissa sekä asuinrakennusten lämmityskattiloissa.

Loppujen lopuksi tapoja saada tämä kaasu riittääovat kalliita, joten ensin on kehitettävä erityinen synteesimenetelmä. Sellaisen, jonka avulla voit saada tuotteen suurina määrinä ja pienin kustannuksin.

Tarkastelemallemme kaasulle löytyy useita pääalueita.

1. Kemialliset synteesit. Hydraus tuottaa saippuaa, margariinia ja muovia. Vety, metanoli ja ammoniakki sekä muut yhdisteet syntetisoidaan.
2. Elintarviketeollisuudessa - lisäaineena E949.
3. Ilmailuteollisuus (raketit, lentokoneiden rakentaminen).
4. Voimateollisuus.
5. Meteorologia.
6. Ympäristöystävällinen polttoaine.

Vety on tietysti yhtä tärkeä kuin luonnossa. Vielä suurempi rooli on sen muodostamilla erilaisilla yhdisteillä.

Vetyyhdisteet

Nämä ovat monimutkaisia ​​aineita, jotka sisältävät vetyatomeja. Tällaisia ​​aineita on useita päätyyppejä.

1. Vetyhalogenidit. Yleinen kaava on HHal.Erityisen tärkeää niiden joukossa on kloorivety. Se on kaasu, joka liukenee veteen suolahappoliuokseksi. Tätä happoa käytetään laajalti lähes kaikissa kemiallisissa synteeseissä. Ja sekä orgaanisia että epäorgaanisia. Kloorivety on yhdiste, jolla on empiirinen kaava HCL, ja se on maassamme vuosittain yksi suurimmista tuotannosta. Vetyhalogenideihin sisältyvät myös vetyjodidi, fluorivety ja bromivety. Ne kaikki muodostavat vastaavat hapot.
2. Ei-metallien haihtuvat vetyyhdisteet. Lähes kaikki niistä ovat melko myrkyllisiä kaasuja. Esimerkiksi rikkivety, metaani, silaani, fosfiini ja muut. Lisäksi se on hyvin syttyvää.
3. Hydridit ovat yhdisteitä metallien kanssa. Ne kuuluvat suolojen luokkaan.
4. Hydroksidit: emäkset, hapot ja amfoteeriset yhdisteet. Ne sisältävät väistämättä vetyatomeja, yhtä tai useampaa. Esimerkki: NaOH, K₂[AL (OH)₄], H₂CO₄ ja muut.
5. Vetyhydroksidi. Tämä yhdiste tunnetaan paremmin nimellä vesi. Toinen nimi vetyoksidille. Empiirinen kaava näyttää tältä - H₂O.
6. Vetyperoksidi. Tämä on vahvin hapetin, jonka kaavan muoto on H₂oi₂.
7. Lukuisat orgaaniset yhdisteet: hiilivedyt, proteiinit, rasvat, lipidit, vitamiinit, hormonit, eteeriset öljyt ja muut.

On selvää, että tarkastelemamme alkuaineen yhdisteiden moninaisuus on erittäin suuri. Tämä vahvistaa jälleen kerran sen merkityksen luonnolle ja ihmiselle sekä kaikille eläville olennoille.

Vetyoksidi on paras liuotin

Kuten edellä mainittiin, yleinen nimitästä aineesta on vettä. Koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä hapesta, jotka on kytketty toisiinsa kovalenttisilla polaarisidoksilla. Vesimolekyyli on dipoli, joka selittää monia sen ominaisuuksia. Erityisesti se on yleinen liuotin.

Melkein kaikki kemialliset prosessit tapahtuvat vesiympäristössä. Elävien organismien muovi- ja energia-aineenvaihdunnan sisäiset reaktiot suoritetaan myös vetyoksidin avulla.

Vettä pidetään planeetan tärkeimpänä aineena. Tiedetään, ettei mikään elävä organismi voi elää ilman sitä. Maapallolla se pystyy olemaan kolmessa aggregaatiotilassa:

• nestemäinen;
• kaasu (höyry);
• kiinteä (jää).

On olemassa kolmen tyyppistä vettä riippuen vetyisotoopista, joka on osa molekyyliä.

1. Kevyt tai protium. Isotooppi, jonka massanumero on 1. Kaava - H₂A. Tämä on yleinen muoto, jota kaikki organismit käyttävät.
2. Deuterium tai raskas, sen kaava on D₂Sisältää isotoopin ²N.
3. Erittäin raskas tai tritium. Kaava näyttää T: ltä₃Voi isotooppi - ³N.

Planeetan tuoreen vesivarannot ovat erittäin tärkeitä. Jo monissa maissa siitä puuttuu. Menetelmiä kehitetään suolaveden käsittelyyn juomaveden saamiseksi.

Vetyperoksidi on monipuolinen lääke

Kuten edellä mainittiin, tämä yhteyserinomainen hapetin. Vahvojen edustajien kanssa se voi kuitenkin käyttäytyä myös restauroijana. Lisäksi sillä on voimakas bakterisidinen vaikutus.

Toinen nimi tälle yhdisteelle on peroksidi.Tässä muodossa sitä käytetään lääketieteessä. Kyseisen yhdisteen 3-prosenttinen kiteisen hydraatin liuos on lääketieteellinen lääke, jota käytetään pienten haavojen hoitoon niiden desinfioimiseksi. On kuitenkin osoitettu, että tässä tapauksessa haavan paraneminen lisääntyy ajan myötä.

Raketissa käytetään myös vetyperoksidiapolttoaineet, teollisuudessa desinfiointia ja valkaisua varten, vaahdotusaineena sopivien materiaalien (esimerkiksi vaahdon) saamiseksi. Lisäksi peroksidi auttaa puhdistamaan akvaarioita, valkaisemaan hiuksia ja valkaisemaan hampaita. Samalla se vahingoittaa kudoksia, joten asiantuntijat eivät suosittele sitä näihin tarkoituksiin.