Vesiniku interaktsioon hapnikuga on reaktsioon. IV peatükk lihtsad ja keerulised ained. vesinik ja hapnik. Miks on vesinik tuleohtlik

10.1 Vesinik

Nimetus "vesinik" viitab nii keemilisele elemendile kui ka lihtsale ainele. Element vesinik koosneb vesinikuaatomitest. lihtne aine vesinik koosneb vesiniku molekulidest.

a) Keemiline element vesinik

Looduslikus elementide reas on vesiniku järjekorranumber 1. Elementide süsteemis on vesinik esimesel perioodil IA või VIIA rühmas.

Vesinik on üks levinumaid elemente Maal. Vesinikuaatomite molaarosa Maa atmosfääris, hüdrosfääris ja litosfääris (koos nimetatakse seda maakooreks) on 0,17. Seda leidub vees, paljudes mineraalides, naftas, maagaasis, taimedes ja loomades. Keskmine inimkeha sisaldab umbes 7 kilogrammi vesinikku.

Vesinikul on kolm isotoopi:
a) kerge vesinik - protium,
b) raske vesinik - deuteerium(D)
c) üliraske vesinik - triitium(T).

Triitium on ebastabiilne (radioaktiivne) isotoop, mistõttu seda looduses praktiliselt ei esine. Deuteerium on stabiilne, kuid seda on väga vähe: w D = 0,015% (kogu maapealse vesiniku massist). Seetõttu erineb vesiniku aatommass 1 Dn-st (1,00794 Dn) väga vähe.

b) Vesiniku aatom

Alates eelmised lõigud keemia kursuse käigus teate juba järgmisi vesinikuaatomi omadusi:

Vesinikuaatomi valentsusvõime määrab ühe elektroni olemasolu ühel valentsorbitaalil. Suure ionisatsioonienergia tõttu ei ole vesinikuaatomil kalduvus elektrone loovutada ja mitte liiga kõrge elektronide afiinsus põhjustab kerget kalduvust seda vastu võtta. Järelikult on keemilistes süsteemides H-katiooni moodustumine võimatu ja H-aniooniga ühendid ei ole eriti stabiilsed. Seega on vesinikuaatomile kõige iseloomulikum kovalentse sideme teke teiste aatomitega selle ühe paaritu elektroni tõttu. Nii aniooni kui ka kovalentse sideme tekkimisel on vesinikuaatom monovalentne.
Lihtaines on vesinikuaatomite oksüdatsiooniaste null, enamikus ühendites on vesiniku oksüdatsiooniaste +I ja ainult vesiniku kõige vähem elektronegatiivsete elementide hüdriidides on oksüdatsiooniaste –I.
Teave vesinikuaatomi valentsusvõimete kohta on toodud tabelis 28. Ühe kovalentse sidemega mis tahes aatomiga ühendatud vesinikuaatomi valentsseisund on tabelis tähistatud sümboliga "H-".

Tabel 28Vesinikuaatomi valentsivõimalused

Valentsi olek				Näited kemikaalidest
			I 0 – mina	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 H2 B2H6, SiH4, GeH4
				NaH, KH, CaH2, BaH2

c) Vesiniku molekul

Kaheaatomiline vesiniku molekul H 2 tekib siis, kui vesinikuaatomid on seotud ainsa nende jaoks võimaliku kovalentse sidemega. Suhtlemine toimub vahetusmehhanismi kaudu. Vastavalt elektronpilvede kattumisele on tegemist s-sidemega (joonis 10.1 A). Kuna aatomid on samad, on side mittepolaarne.

Aatomitevaheline kaugus (täpsemalt tasakaaluline aatomitevaheline kaugus, sest aatomid vibreerivad) vesiniku molekulis r(H-H) = 0,74 A (joonis 10.1 V), mis on palju väiksem kui orbiidi raadiuste summa (1,06 A). Järelikult kattuvad siduvate aatomite elektronpilved sügavalt (joon. 10.1 b) ja side vesiniku molekulis on tugev. Sellest annab tunnistust ka sidumisenergia küllaltki suur väärtus (454 kJ/mol).
Kui iseloomustada molekuli kuju piirpinnaga (sarnaselt elektronipilve piirpinnaga), siis võib öelda, et vesiniku molekul on kergelt deformeerunud (pikliku) kuuli kujuga (joon. 10.1). G).

d) Vesinik (aine)

Normaaltingimustes on vesinik värvitu ja lõhnatu gaas. Sisse mitte suured hulgad see on mittetoksiline. Tahke vesinik sulab temperatuuril 14 K (–259 °C), vedel vesinik aga keeb temperatuuril 20 K (–253 °C). Madalad sulamis- ja keemistemperatuurid, väga väike temperatuurivahemik vedela vesiniku olemasoluks (ainult 6 °C), samuti väikesed sulamis- (0,117 kJ/mol) ja aurustumissoojused (0,903 kJ/mol) näitavad, et molekulidevahelised sidemed vesinikus väga nõrk.
Vesiniku tihedus r (H 2) \u003d (2 g / mol): (22,4 l / mol) \u003d 0,0893 g / l. Võrdluseks: keskmine õhutihedus on 1,29 g/l. See tähendab, et vesinik on 14,5 korda "kergem" kui õhk. See on vees praktiliselt lahustumatu.
Kell toatemperatuuril vesinik on mitteaktiivne, kuid kuumutamisel reageerib paljude ainetega. Nendes reaktsioonides võivad vesinikuaatomid oma oksüdatsiooniastet nii suurendada kui ka vähendada: H 2 + 2 e- \u003d 2H -I, H2 - 2 e- \u003d 2H + I.
Esimesel juhul on vesinik oksüdeeriv aine, näiteks reaktsioonides naatriumi või kaltsiumiga: 2Na + H2 = 2NaH, ( t) Ca + H 2 = CaH 2 . ( t)
Kuid redutseerivad omadused on vesinikule iseloomulikumad: O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O, ( t)
CuO + H2 \u003d Cu + H2O. ( t)
Kuumutamisel oksüdeeritakse vesinikku mitte ainult hapnik, vaid ka mõned muud mittemetallid, nagu fluor, kloor, väävel ja isegi lämmastik.
Laboris tekib reaktsiooni käigus vesinik

Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2.

Tsingi asemel võib kasutada rauda, ​​alumiiniumi ja mõningaid teisi metalle ning väävelhappe asemel võib kasutada mõnda muud lahjendatud hapet. Saadud vesinik kogutakse katseklaasi veeväljasurve meetodil (vt joonis 10.2). b) või lihtsalt pöördkolbi (joonis 10.2 A).

Tööstuses saadakse vesinikku suurtes kogustes maagaasist (peamiselt metaanist), interakteerudes veeauruga 800 °C juures nikkelkatalüsaatori juuresolekul:

CH 4 + 2H 2 O \u003d 4H 2 + CO 2 ( t, Ni)

või kõrgel temperatuuril töödeldud veeauru kivisöega:

2H 2O + C = 2H2 + CO 2. ( t)

Puhas vesinik saadakse veest selle lagundamisel elektri-šokk(elektrolüüsitav):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (elektrolüüs).

e) Vesinikuühendid

Hüdriidid (vesinikku sisaldavad kahekomponentsed ühendid) jagunevad kahte põhitüüpi:
a) muutlik (molekulaarsed) hüdriidid,
b) soolataolised (ioonsed) hüdriidid.
Elemendid IVA - VIIA rühmad ja boor moodustavad molekulaarseid hüdriide. Nendest on stabiilsed ainult mittemetalle moodustavate elementide hüdriidid:

B2H6, CH4; NH3; H2O; HF
SiH4;PH3; H2S; HCl
AsH3; H2Se; HBr
H2Te; TERE
Kõik need ühendid, välja arvatud vesi, on toatemperatuuril gaasilised ained, sellest ka nende nimi – "lenduvad hüdriidid".
Mõned elemendid, mis moodustavad mittemetalle, sisalduvad ka keerulisemates hüdriidides. Näiteks süsinik moodustab ühendeid üldvalemiga C n H2 n+2, C n H2 n, C n H2 n-2 ja teised, kus n võib olla väga suur (orgaaniline keemia uurib neid ühendeid).
Ioonhüdriidide hulka kuuluvad leelis-, leelismuld- ja magneesiumhüdriidid. Nende hüdriidide kristallid koosnevad H-anioonidest ja metallikatioonidest kõrgeima oksüdatsiooniastmega Me või Me 2 (olenevalt elementide süsteemi rühmast).

LiH
NaH	MgH2
KH	CaH2
RbH	SrH 2
CSH	BaH2

Nii ioonsed hüdriidid kui ka peaaegu kõik molekulaarsed hüdriidid (välja arvatud H 2 O ja HF) on redutseerivad ained, kuid ioonhüdriidide redutseerivad omadused on palju tugevamad kui molekulaarsetel.
Lisaks hüdriididele on vesinik hüdroksiidide ja mõnede soolade osa. Nende keerukamate vesinikuühendite omadustega tutvute järgmistes peatükkides.
Tööstuses toodetava vesiniku peamised tarbijad on ammoniaagi ja lämmastikväetiste tootmise tehased, kus ammoniaaki saadakse otse lämmastikust ja vesinikust:

N2 + 3H22NH3 ( R, t, Pt on katalüsaator).

Vesinikku kasutatakse suurtes kogustes metüülalkoholi (metanooli) tootmiseks reaktsioonil 2H 2 + CO = CH 3 OH ( t, ZnO - katalüsaator), samuti vesinikkloriidi tootmisel, mida saadakse otse kloorist ja vesinikust:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl.

Mõnikord kasutatakse vesinikku metallurgias redutseeriva ainena puhaste metallide tootmisel, näiteks: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.

1. Millistest osakestest koosnevad a) protiumi, b) deuteeriumi, c) triitiumi tuumad?
2. Võrrelge vesinikuaatomi ionisatsioonienergiat teiste elementide aatomite ionisatsioonienergiaga. Milline element on selle omaduse järgi vesinikule kõige lähemal?
3. Tehke sama elektronide afiinsusenergiaga
4. Võrrelge kovalentse sideme polarisatsioonisuunda ja vesiniku oksüdatsiooniastet ühendites: a) BeH 2, CH 4, NH 3, H 2 O, HF; b) CH4, SiH4, GeH4.
5. Kirjutage üles vesiniku lihtsaim, molekulaarne, struktuuri- ja ruumivalem. Millist neist kasutatakse kõige sagedamini?
6. Sageli öeldakse: "Vesinik on õhust kergem." Mida selle all mõeldakse? Millistel juhtudel võib seda väljendit võtta sõna-sõnalt ja millistel mitte?
7. Tehke kaalium- ja kaltsiumhüdriidide, samuti ammoniaagi, vesiniksulfiidi ja vesinikbromiidi struktuurivalemid.
8. Teades vesiniku sulamis- ja aurustumissoojuseid, määrake vastavate konkreetsete koguste väärtused.
9. Looge elektrooniline kaal nelja reaktsiooni jaoks, mis illustreerivad vesiniku põhilisi keemilisi omadusi. Loetlege oksüdeerivad ja redutseerivad ained.
10. Määrake tsingi mass, mis on vajalik 4,48 liitri vesiniku saamiseks laboratoorselt.
11. Määrake vesiniku mass ja maht, mida on võimalik saada 30 m 3 metaani ja veeauru segust mahusuhtes 1:2 saagisega 80%.
12. Koostage võrrandid reaktsioonidest, mis toimuvad vesiniku interaktsioonil a) fluoriga, b) väävliga.
13. Allolevad reaktsiooniskeemid illustreerivad ioonhüdriidide põhilisi keemilisi omadusi:

a) MH + O 2 MOH ( t); b) MH + Cl2 MCl + HCl ( t);
c) MH + H20 MOH + H2; d) MH + HCl(p) MCl + H2
Siin on M liitium, naatrium, kaalium, rubiidium või tseesium. Koostage vastavate reaktsioonide võrrandid, kui M on naatrium. Näidake kaltsiumhüdriidi keemilisi omadusi reaktsioonivõrranditega.
14. Kirjutage elektrontasakaalu meetodil järgmiste reaktsioonide võrrandid, mis illustreerivad mõnede molekulaarsete hüdriidide redutseerivaid omadusi:
a) HI + Cl 2 HCl + I 2 ( t); b) NH 3 + O 2 H 2 O + N 2 ( t); c) CH 4 + O 2 H 2 O + CO 2 ( t).

10.2 Hapnik

Nagu vesiniku puhul, on sõna "hapnik" nii keemilise elemendi kui ka lihtaine nimetus. Välja arvatud lihtne aine" hapnik"(dihapnik) keemiline element hapnik moodustab teise lihtsa aine nimega " osoon"(trihapnik). See allotroopsed modifikatsioonid hapnikku. Aine hapnik koosneb hapniku molekulidest O 2 ja aine osoon koosneb osooni molekulidest O 3 .

a) Keemiline element hapnik

Looduslikes elementide reas on hapniku järjekorranumber 8. Elementide süsteemis on hapnik VIA rühmas teises perioodis.
Hapnik on Maal kõige levinum element. Maakoores on iga teine ​​aatom hapnikuaatom, see tähendab, et hapniku molaarosa Maa atmosfääris, hüdrosfääris ja litosfääris on umbes 50%. hapnik (aine) - komponentõhku. Hapniku mahuosa õhus on 21%. Hapnik (element) on osa veest, paljudest mineraalidest, aga ka taimedest ja loomadest. Inimkeha sisaldab keskmiselt 43 kg hapnikku.
Looduslik hapnik koosneb kolmest isotoobist (16 O, 17 O ja 18 O), millest kõige levinum on kergeim isotoop 16 O. Seetõttu on hapniku aatommass lähedane 16 Dn-le (15,9994 Dn).

b) Hapnikuaatom

Te teate hapnikuaatomi järgmisi omadusi.

Tabel 29Hapnikuaatomi valentsivõimalused

Valentsi olek				Näited kemikaalidest
				Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 *
			-II – mina 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 O2** O 2 F 2 2-st
				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

* Neid oksiide võib pidada ka ioonühenditeks.
** Molekulis olevad hapnikuaatomid ei ole antud valentsolekus; see on lihtsalt näide ainest, mille hapnikuaatomite oksüdatsiooniaste on võrdne nulliga
Suur ionisatsioonienergia (nagu vesinik) välistab lihtsa katiooni moodustumise hapnikuaatomist. Elektronide afiinsusenergia on üsna kõrge (peaaegu kaks korda kõrgem kui vesinikul), mis annab hapnikuaatomile suurema kalduvuse elektrone siduda ja võime moodustada O 2A anioone. Kuid hapnikuaatomi elektronide afiinsusenergia on siiski väiksem kui halogeeniaatomitel ja isegi teistel VIA rühma elementidel. Seetõttu hapniku anioonid ( oksiidioonid) eksisteerivad ainult hapnikuühendites elementidega, mille aatomid loovutavad elektrone väga kergesti.
Kahe paaritu elektroni jagamisel võib hapnikuaatom moodustada kaks kovalentset sidet. Kaks üksikut elektronide paari saavad ergastamise võimatuse tõttu astuda ainult doonori-aktseptori interaktsiooni. Seega, võtmata arvesse sidemete paljusust ja hübridisatsiooni, võib hapnikuaatom olla ühes viiest valentsolekust (tabel 29).
Hapnikuaatomile on kõige iseloomulikum valentsolek W k \u003d 2, st kahe kovalentse sideme moodustumine kahe paaritu elektroni tõttu.
Hapnikuaatomi väga kõrge elektronegatiivsus (ainult fluor on kõrgem) viib selleni, et enamikus selle ühendites on hapniku oksüdatsiooniaste -II. On aineid, milles hapnikul on muud oksüdatsiooniastme väärtused, mõned neist on toodud tabelis 29 näidetena ja võrdlev stabiilsus on näidatud joonisel fig. 10.3.

c) Hapniku molekul

Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et kaheaatomiline hapnikumolekul O 2 sisaldab kahte paaristamata elektroni. Valentssidemete meetodit kasutades ei saa selle molekuli sellist elektroonilist struktuuri seletada. Sellegipoolest on hapnikumolekulis olev side oma omadustelt lähedane kovalentsele sidemele. Hapniku molekul on mittepolaarne. Aatomitevaheline kaugus ( r o–o = 1,21 A = 121 nm) on väiksem kui üksiksidemega ühendatud aatomite vaheline kaugus. Molaarne sidumisenergia on üsna kõrge ja ulatub 498 kJ/mol.

d) hapnik (aine)

Normaaltingimustes on hapnik värvitu ja lõhnatu gaas. Tahke hapnik sulab temperatuuril 55 K (–218 °C), vedel hapnik aga keeb temperatuuril 90 K (–183 °C).
Molekulidevahelised sidemed tahkes ja vedelas hapnikus on mõnevõrra tugevamad kui vesinikus, mida tõendab vedela hapniku olemasolu suurem temperatuurivahemik (36 ° C) ning sulamis- ja aurustumissoojused (0,446 kJ / mol) (6, 83). kJ/mol).
Hapnik lahustub vees vähe: temperatuuril 0 ° C lahustub 100 mahuosas vees (vedelik!) ainult 5 mahuosa hapnikku (gaasi!)
Hapnikuaatomite suur kalduvus elektrone siduda ja kõrge elektronegatiivsus viivad selleni, et hapnikul on ainult oksüdeerivad omadused. Need omadused on eriti väljendunud, kui kõrge temperatuur.
Hapnik reageerib paljude metallidega: 2Ca + O 2 = 2CaO, 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 ( t);
mittemetallid: C + O 2 \u003d CO 2, P 4 + 5O 2 \u003d P 4 O 10,
ja kompleksained: CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O, 2H 2 S + 3O 2 \u003d 2H 2 O + 2SO 2.

Kõige sagedamini saadakse selliste reaktsioonide tulemusena mitmesuguseid oksiide (vt II peatükk § 5), kuid aktiivsed leelismetallid, näiteks naatrium, muutuvad põlemisel peroksiidideks:

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2.

Saadud naatriumperoksiidi (Na) 2 (O-O) struktuurivalem.
Hapnikusse pandud hõõguv killu süttib. See on mugav ja lihtne viis puhta hapniku tuvastamiseks.
Tööstuses saadakse hapnikku õhust rektifikatsiooni (kompleksdestilleerimise) teel ja laboris mõningate hapnikku sisaldavate ühendite termilise lagunemise teel, näiteks:
2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (200 ° C);
2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2 (150 ° C, MnO 2 - katalüsaator);
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + 3O 2 (400 ° C)
ja lisaks vesinikperoksiidi katalüütilise lagundamise teel toatemperatuuril: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 -katalüsaator).
Puhast hapnikku kasutatakse tööstuses nende protsesside intensiivistamiseks, mille käigus toimub oksüdatsioon, ja kõrge temperatuuriga leegi tekitamiseks. Raketitehnoloogias kasutatakse oksüdeeriva ainena vedelat hapnikku.
Hapnik mängib olulist rolli taimede, loomade ja inimeste elu säilitamisel. Normaalsetes tingimustes vajab inimene piisavalt hapnikku, et õhku hingata. Kuid tingimustes, kus õhku pole piisavalt või see puudub täielikult (lennukites, sukeldumisoperatsioonide ajal, kosmoselaevades jne), on spetsiaalne gaasisegud mis sisaldavad hapnikku. Hapnikku kasutatakse meditsiinis ka hingamisraskusi tekitavate haiguste puhul.

e) Osoon ja selle molekulid

Osoon O 3 on hapniku teine ​​allotroopne modifikatsioon.
Kolmeaatomilisel osoonimolekulil on nurgastruktuur kahe struktuuri vahel, mis on esitatud järgmiste valemitega:

Osoon on terava lõhnaga tumesinine gaas. Tugeva oksüdatiivse toime tõttu on see mürgine. Osoon on poolteist korda "raskem" kui hapnik ja mõnevõrra rohkem kui hapnik, vees lahustuv.
Osoon tekib atmosfääris hapnikust välgu elektrilahenduste käigus:

3O 2 \u003d 2O 3 ().

Tavalistel temperatuuridel muutub osoon aeglaselt hapnikuks ja kuumutamisel kulgeb see protsess plahvatuslikult.
Osoon sisaldub maa atmosfääri niinimetatud "osoonikihis", kaitstes kogu elu Maal päikesekiirguse kahjulike mõjude eest.
Mõnes linnas kasutatakse joogivee desinfitseerimiseks (saastusest puhastamiseks) kloori asemel osooni.

Joonistage järgmiste ainete struktuurivalemid: 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. Nimetage need ained. Kirjeldage nende ühendite hapnikuaatomite valentsolekuid.
Määrake iga hapnikuaatomi valents ja oksüdatsiooniaste.
2. Koostage liitiumi, magneesiumi, alumiiniumi, räni, punase fosfori ja seleeni põlemisreaktsioonide võrrandid hapnikus (seleeni aatomid oksüdeeritakse oksüdatsiooniastmeni + IV, ülejäänud elementide aatomid kõrgeima oksüdatsiooniastmeni ). Millistesse oksiidide klassidesse nende reaktsioonide produktid kuuluvad?
3. Mitu liitrit osooni saab (normaalsetes tingimustes) a) 9 liitrist hapnikust, b) 8 g hapnikust?

Vesi on maakoores kõige rikkalikum aine. Maa vee massiks hinnatakse 10 18 tonni. Vesi on meie planeedi hüdrosfääri alus, lisaks sisaldub see atmosfääris, jää kujul moodustab see Maa polaarmütsid ja kõrgmägede liustike ning on ka osa erinevatest kivid. Vee massiosa inimkehas on umbes 70%.
Vesi on ainus aine, millel on kõigis kolmes koondumisolekus oma erinimetused.

Veemolekuli elektrooniline struktuur (joonis 10.4 A) oleme varem üksikasjalikult uurinud (vt § 7.10).
O-H sidemete polaarsuse ja nurgakuju tõttu on vee molekul elektriline dipool.

Elektrilise dipooli polaarsuse iseloomustamiseks kasutatakse füüsikalist suurust, mida nimetatakse " elektrilise dipooli elektrimoment või lihtsalt" dipoolmoment".

Keemias mõõdetakse dipoolmomenti debüüdes: 1 D = 3,34. 10-30 C. m

Veemolekulis on kaks polaarset kovalentset sidet, st kaks elektrilist dipooli, millest igaühel on oma dipoolmoment (ja). Molekuli summaarne dipoolmoment on võrdne nende kahe momendi vektorsummaga (joonis 10.5):

(H20) = ,

Kus q 1 ja q 2 - vesinikuaatomite osalaengud (+) ja - aatomitevahelised kaugused O - H molekulis. Sest q 1 = q 2 = q, a , siis

Veemolekuli ja mõnede teiste molekulide katseliselt määratud dipoolmomendid on toodud tabelis.

Tabel 30Mõnede polaarsete molekulide dipoolmomendid

Molekul		Molekul		Molekul

Arvestades veemolekuli dipoolsust, on see sageli skemaatiliselt kujutatud järgmiselt:
Puhas vesi on värvitu vedelik, millel pole maitset ega lõhna. Mõned vee põhilised füüsikalised omadused on toodud tabelis.

Tabel 31Mõned vee füüsikalised omadused

Sulamis- ja aurustumissoojuse suured väärtused (suurusjärgu võrra suuremad kui vesiniku ja hapniku omad) näitavad, et veemolekulid nii tahketes kui ka vedelates ainetes on üksteisega üsna tugevalt seotud. Neid ühendusi nimetatakse vesiniksidemed".

ELEKTRIDIPUOL, DIPUOLMOMENT, SIDE POLAARSUS, MOLEKULI POLAARSUS.
Mitu hapnikuaatomi valentselektroni osaleb sidemete moodustumisel veemolekulis?
2. Milliste orbitaalide kattumisel tekivad veemolekulis sidemed vesiniku ja hapniku vahel?
3. Koostage vesinikperoksiidi H 2 O 2 molekulis sidemete tekkimise diagramm. Mida saate öelda selle molekuli ruumilise struktuuri kohta?
4. Aatomitevahelised kaugused HF, HCl ja HBr molekulides on vastavalt 0,92; 1,28 ja 1,41. Arvutage ja võrrelge nendes molekulides olevate vesinikuaatomite osalaenguid dipoolmomentide tabeli abil.
5. Aatomitevahelised kaugused S - H vesiniksulfiidi molekulis on 1,34 ja sidemete vaheline nurk on 92 °. Määrake väävli- ja vesinikuaatomite osalaengute väärtused. Mida saate öelda väävliaatomi valentsorbitaalide hübridisatsiooni kohta?

10.4. vesinikside

Nagu te juba teate, omandab vesiniku ja hapniku elektronegatiivsuse olulise erinevuse tõttu (2,10 ja 3,50) veemolekulis olev vesinikuaatom suure positiivse osalaengu ( q h = 0,33 e) ja hapnikuaatomil on veelgi suurem negatiivne osalaeng ( q h = -0,66 e). Tuletage meelde ka seda, et hapnikuaatomil on kaks üksikut elektronide paari sp 3-hübriid AO. Ühe veemolekuli vesinikuaatom tõmbub teise molekuli hapnikuaatomi poole ja lisaks võtab vesinikuaatomi pooltühi 1s-AO osaliselt vastu hapnikuaatomi elektronpaari. Nende molekulidevaheliste interaktsioonide tulemusena tekivad spetsiaalset tüüpi molekulidevahelised sidemed - vesinikside.
Vee puhul võib vesiniksideme teket skemaatiliselt kujutada järgmiselt:

Viimases struktuurvalemis näitavad kolm punkti (kriipsjoon, mitte elektronid!) vesiniksidet.

Vesinikside ei eksisteeri ainult veemolekulide vahel. See moodustub, kui on täidetud kaks tingimust:
1) molekulis on tugevalt polaarne H-E side (E on piisavalt elektronegatiivse elemendi aatomi sümbol),
2) molekulis on suure negatiivse osalaenguga aatom E ja jagamata elektronpaar.
Elementina E võib olla fluor, hapnik ja lämmastik. Vesiniksidemed on palju nõrgemad, kui E on kloor või väävel.
Näited ainetest, millel on molekulide vahel vesinikside: vesinikfluoriid, tahke või vedel ammoniaak, etüülalkohol ja paljud teised.

Vedelas vesinikfluoriidis on selle molekulid vesiniksidemetega seotud üsna pikkadeks ahelateks, vedelas ja tahkes ammoniaagis tekivad aga kolmemõõtmelised võrgustikud.
Vesiniksideme tugevus on vahepealne keemiline side ja muud tüüpi molekulidevahelised sidemed. Vesiniksideme molaarenergia jääb tavaliselt vahemikku 5 kuni 50 kJ/mol.
Tahkes vees (st jääkristallides) on kõik vesinikuaatomid vesinikuga seotud hapnikuaatomitega, kusjuures iga hapnikuaatom moodustab kaks vesiniksidet (kasutades mõlemat üksikut elektronpaari). Selline struktuur muudab jää "lahtimaks" võrreldes vedela veega, kus osa vesiniksidemeid katkeb ja molekulid saavad võimaluse "pakkida" mõnevõrra tihedamalt. See jää struktuuri omadus selgitab, miks erinevalt enamikust teistest ainetest on tahkes olekus vee tihedus väiksem kui vedelas olekus. Vesi saavutab oma maksimaalse tiheduse 4 ° C juures - sellel temperatuuril katkeb üsna palju vesiniksidemeid ja soojuspaisumine ei mõjuta tihedust veel väga tugevalt.
Vesiniksidemed on meie elus väga olulised. Kujutage korraks ette, et vesiniksidemed on lakanud tekkimast. Siin on mõned tagajärjed:

• vesi muutuks toatemperatuuril gaasiliseks, kuna selle keemistemperatuur langeks umbes -80 °C-ni;
• kõik reservuaarid hakkaksid põhjast külmuma, kuna jää tihedus oleks suurem kui vedela vee tihedus;
• DNA kaksikheeliks lakkaks olemast ja palju muud.

Toodud näidetest piisab, et mõista, et sel juhul oleks loodus meie planeedil täiesti erinev.

VESINIKSIDEM, SELLE TEKKE TINGIMUSED.
Etüülalkoholi valem on CH3-CH2-O-H. Milliste selle aine erinevate molekulide aatomite vahel moodustuvad vesiniksidemed? Koostage nende teket illustreerivad struktuurivalemid.
2. Vesiniksidemed ei eksisteeri mitte ainult üksikutes ainetes, vaid ka lahustes. Näita koos struktuurivalemid kuidas tekivad vesiniksidemed a) ammoniaagi, b) vesinikfluoriidi, c) etanooli (etüülalkoholi) vesilahuses. \u003d 2H 2O.
Mõlemad reaktsioonid kulgevad vees pidevalt ja ühesuguse kiirusega, seetõttu tekib vees tasakaal: 2H 2 O AN 3 O + OH.
Seda tasakaalu nimetatakse autoprotolüüsi tasakaal vesi.

Selle pöörduva protsessi otsene reaktsioon on endotermiline, seetõttu suureneb kuumutamisel autoprotolüüs, samas kui toatemperatuuril nihkub tasakaal vasakule, see tähendab, et H 3 O ja OH ioonide kontsentratsioonid on tühised. Millega nad on võrdsed?
Massitegevuse seaduse järgi

Kuid kuna reageerinud veemolekulide arv on veemolekulide koguarvuga võrreldes ebaoluline, võime eeldada, et vee kontsentratsioon autoprotolüüsi ajal praktiliselt ei muutu ja 2 = const Nii väike vastaslaenguga ioonide kontsentratsioon puhtas vees seletab, miks see vedelik, kuigi halvasti, siiski juhib elektrivoolu.

VEE AUTOPROTOLÜÜS, VEE AUTOPROTOLÜÜSI KONSTANT (IOONNE TOODE).
Vedela ammoniaagi ioonprodukt (keemistemperatuur -33 °C) on 2 10 -28. Kirjutage ammoniaagi autoprotolüüsi võrrand. Määrake ammooniumiioonide kontsentratsioon puhtas vedelas ammoniaagis. Kumma aine elektrijuhtivus on suurem, kas vee või vedela ammoniaagi?

1. Vesiniku saamine ja selle põlemine (redutseerivad omadused).
2. Hapniku saamine ja selles sisalduvate ainete põletamine (oksüdeerivad omadused).

Hapnik on üks levinumaid elemente Maal. See moodustab umbes poole maakoore, planeedi väliskesta massist. Koos vesinikuga moodustab see vett, mis katab üle kahe kolmandiku maapinnast.

Me ei näe hapnikku, ei tunne ega tunne selle maitset ega lõhna. Siiski moodustab see viiendiku õhust ja on eluliselt tähtis. Elamiseks peame me, nagu loomad ja taimed, hingama.

Hapnik on asendamatu osaline keemilistes reaktsioonides, mis toimuvad elusorganismi mis tahes mikroskoopilises rakus ja mille tulemusena toitaineid ja vabaneb eluks vajalik energia. Seetõttu on hapnik igale elusolendile nii vajalik (välja arvatud mõned mikroobitüübid).

Põlemisel ühinevad ained hapnikuga, vabastades energiat soojuse ja valguse kujul.

Vesinik

Kõige tavalisem element universumis on vesinik. See moodustab suurema osa tähtedest. Maal on suurem osa vesinikust (keemiline sümbol H) seotud hapnikuga (O), moodustades vee (H20). Vesinik on kõige lihtsam ja kõige rohkem kerge kemikaal element, kuna iga selle aatom koosneb ainult ühest prootonist ja ühest elektronist.

20. sajandi alguses täideti õhulaevad ja suured lennukid vesinikuga. Vesinik on aga väga tuleohtlik. Pärast mitmeid tulekahjudest põhjustatud katastroofe ei kasutatud õhulaevades enam vesinikku. Tänapäeval kasutatakse lennunduses teist kerget gaasi – mittesüttivat heeliumit.

Vesinik ühineb süsinikuga, moodustades aineid, mida nimetatakse süsivesinikeks. Nende hulka kuuluvad maagaasist ja toornaftast saadud tooted, nagu gaasiline propaan ja butaan või vedel bensiin. Vesinik ühineb ka süsiniku ja hapnikuga, moodustades süsivesikuid. Kartulis ja riisis sisalduv tärklis ning peedis olev suhkur on süsivesikud.

Päike ja teised tähed koosnevad enamasti vesinikust. Tähe keskel sunnivad koletu temperatuurid ja rõhud vesinikuaatomeid omavahel ühinema ja muutuma teiseks gaasiks – heeliumiks. See vabastab tohutul hulgal energiat soojuse ja valguse kujul.

• Nimetus - H (vesinik);
• Ladinakeelne nimetus - Hydrogenium;
• Periood - I;
• rühm - 1 (Ia);
• Aatommass - 1,00794;
• Aatomarv - 1;
• Aatomi raadius = 53 pm;
• Kovalentne raadius = 32 pm;
• Elektronide jaotus - 1s 1;
• sulamistemperatuur = -259,14 °C;
• keemistemperatuur = -252,87 °C;
• Elektronegatiivsus (Paulingi järgi / Alpredi ja Rochovi järgi) \u003d 2,02 / -;
• Oksüdatsiooniaste: +1; 0; -1;
• Tihedus (n.a.) \u003d 0,0000899 g / cm 3;
• Molaarmaht = 14,1 cm 3 / mol.

Vesiniku binaarsed ühendid hapnikuga:

Vesiniku ("vee sünnitamine") avastas inglise teadlane G. Cavendish 1766. aastal. See on looduses kõige lihtsam element – ​​vesinikuaatomil on tuum ja üks elektron, ilmselt seetõttu on vesinik universumis kõige levinum element (üle poole enamiku tähtede massist).

Vesiniku kohta võime öelda, et "pool on väike, kuid kallis". Hoolimata oma "lihtsusest" annab vesinik energiat kõikidele elusolenditele Maal – Päikesel toimub pidev termotuumareaktsioon, mille käigus moodustub neljast vesinikuaatomist üks heeliumi aatom, selle protsessiga kaasneb tohutu hulga energia (täpsemalt vt Tuumasünteesi).

Maakoores on vesiniku massiosa vaid 0,15%. Vahepeal valdav enamus (95%) kõigist Maal teadaolevatest keemilised ained sisaldavad ühte või mitut vesinikuaatomit.

Mittemetallidega ühendites (HCl, H 2 O, CH 4 ...) loovutab vesinik oma ainsa elektroni rohkematele elektronegatiivsetele elementidele, mille oksüdatsiooniaste on +1 (sagedamini), moodustades ainult kovalentseid sidemeid (vt Kovalentne). võlakiri).

Metallidega ühendites (NaH, CaH 2 ...) võtab vesinik seevastu oma ainsal s-orbitaalil veel ühe elektroni, püüdes seega täita oma elektronkihti, näidates oksüdatsiooniastet -1 (harvemini). , moodustades sagedamini ioonse sideme (vt Ioonside), kuna vesinikuaatomi ja metalliaatomi elektronegatiivsuse erinevus võib olla üsna suur.

H2

Gaasilises olekus on vesinik kaheaatomiliste molekulide kujul, moodustades mittepolaarse kovalentse sideme.

Vesiniku molekulidel on:

• suur liikuvus;
• suur tugevus;
• madal polariseeritavus;
• väike suurus ja kaal.

Gaasilise vesiniku omadused:

• looduses kõige kergem gaas, värvitu ja lõhnatu;
• vees ja orgaanilistes lahustites halvasti lahustuv;
• lahustub väikestes kogustes vedelates ja tahketes metallides (eriti plaatinas ja pallaadiumis);
• raskesti vedeldatav (madala polariseeritavuse tõttu);
• on kõigist teadaolevatest gaasidest kõrgeima soojusjuhtivusega;
• kuumutamisel reageerib see paljude mittemetallidega, näidates redutseeriva aine omadusi;
• toatemperatuuril reageerib fluoriga (toimub plahvatus): H 2 + F 2 = 2HF;
• reageerib metallidega, moodustades hüdriide, millel on oksüdeerivad omadused: H 2 + Ca = CaH 2;

Ühendites avaldab vesinik oma redutseerivaid omadusi palju tugevamini kui oksüdeerivad. Vesinik on kivisöe, alumiiniumi ja kaltsiumi järel tugevaim redutseerija. Vesiniku redutseerivaid omadusi kasutatakse tööstuses laialdaselt metallide ja mittemetallide saamiseks ( lihtsad ained) oksiididest ja galliididest.

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

Vesiniku reaktsioonid lihtainetega

Vesinik võtab vastu elektroni, mängides rolli redutseerija, reaktsioonides:

• Koos hapnikku(süütamisel või katalüsaatori juuresolekul) tekib vahekorras 2:1 (vesinik:hapnik) plahvatusohtlik detoneeriv gaas: 2H 2 0 + O 2 \u003d 2H 2 +1 O + 572 kJ
• Koos hall(kuumutamisel temperatuurini 150–300 °C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• Koos kloor(süttimisel või UV-kiirgusega kiiritamisel): H 2 0 + Cl 2 \u003d 2H +1 Cl
• Koos fluor: H20 + F2 \u003d 2H +1 F
• Koos lämmastik(kuumutamisel katalüsaatorite juuresolekul või kõrgel rõhul): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Vesinik loovutab elektroni, mängides rolli oksüdeeriv aine, reaktsioonides aluseline Ja leelismuld metallid metallihüdriidide moodustamiseks – soolataolised ioonühendid, mis sisaldavad hüdriidiioone H – on ebastabiilsed valge värvusega kristalsed ained.

Ca + H 2 \u003d CaH 2 -1 2Na + H 2 0 \u003d 2NaH -1

On haruldane, et vesiniku oksüdatsiooniaste on -1. Veega reageerides lagunevad hüdriidid, redutseerides vee vesinikuks. Kaltsiumhüdriidi reaktsioon veega on järgmine:

CaH 2 -1 + 2H 2 +1 0 \u003d 2H 2 0 + Ca (OH) 2

Vesiniku reaktsioonid keeruliste ainetega

• kõrgel temperatuuril redutseerib vesinik paljusid metallioksiide: ZnO + H 2 \u003d Zn + H 2 O
• metüülalkohol saadakse vesiniku ja süsinikmonooksiidi (II) reaktsiooni tulemusena: 2H 2 + CO → CH 3 OH
• hüdrogeenimisreaktsioonides reageerib vesinik paljude orgaaniliste ainetega.

Täpsemalt on vesiniku ja selle ühendite keemiliste reaktsioonide võrrandid vaadeldud lehel "Vesinik ja selle ühendid – vesinikku kaasavate keemiliste reaktsioonide võrrandid".

Vesiniku rakendamine

• tuumaenergeetikas kasutatakse vesiniku isotoope - deuteeriumi ja triitiumi;
• keemiatööstuses kasutatakse vesinikku paljude orgaaniliste ainete, ammoniaagi ja vesinikkloriidi sünteesiks;
• V Toidutööstus vesinikku kasutatakse tahkete rasvade tootmisel hüdrogeenimise teel taimeõlid;
• metallide keevitamiseks ja lõikamiseks kasutatakse vesiniku kõrget põlemistemperatuuri hapnikus (2600 ° C);
• osade metallide tootmisel kasutatakse redutseerijana vesinikku (vt eespool);
• kuna vesinik on kerge gaas, kasutatakse seda aeronautikas täiteainena õhupallid, õhupallid, õhulaevad;
• Kütusena kasutatakse vesinikku segatuna CO-ga.

Viimasel ajal on teadlased pööranud palju tähelepanu alternatiivsete taastuvenergia allikate otsimisele. Üheks perspektiivikaks valdkonnaks on "vesiniku" energia, mille puhul kasutatakse kütusena vesinikku, mille põlemissaaduseks on tavaline vesi.

Vesiniku tootmise meetodid

Tööstuslikud meetodid vesiniku tootmiseks:

• metaani muundamine (veeauru katalüütiline redutseerimine) veeauruga kõrgel temperatuuril (800°C) nikkelkatalüsaatoril: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• süsinikmonooksiidi muundamine auruga (t=500°C) Fe 2O 3 katalüsaatoril: CO + H2O = CO 2 + H2;
• metaani termiline lagunemine: CH 4 \u003d C + 2H 2;
• gaasistamine tahked kütused(t = 1000 °C): C + H20 = CO + H2;
• vee elektrolüüs (väga kallis meetod, mille käigus saadakse väga puhast vesinikku): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratoorsed meetodid vesiniku tootmiseks:

• toime metallidele (tavaliselt tsink) vesinikkloriid- või lahjendatud väävelhappega: Zn + 2HCl \u003d ZCl 2 + H 2; Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2;
• veeauru koostoime kuumade raualaastudega: 4H 2 O + 3Fe \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2.

Vesiniku keemilised omadused

Normaalsetes tingimustes on molekulaarne vesinik suhteliselt inaktiivne, ühinedes vahetult ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluori ja valguses ka klooriga). Kuumutamisel reageerib see aga paljude elementidega.

Vesinik reageerib lihtsate ja keeruliste ainetega:

- Vesiniku interaktsioon metallidega viib keeruliste ainete - hüdriidide moodustumiseni, mille keemilistes valemites on metalliaatom alati esikohal:

Kõrgel temperatuuril reageerib vesinik otse mõne metalliga(leelis-, leelismuld- ja teised), moodustades valgeid kristalseid aineid - metallhüdriide (Li H, Na H, KH, CaH 2 jne):

H2 + 2Li = 2LiH

Metallhüdriidid lagunevad kergesti vee toimel, moodustades vastava leelise ja vesiniku:

Sa H2 + 2H2O \u003d Ca (OH)2 + 2H2

- Kui vesinik interakteerub mittemetallidega tekivad lenduvad vesinikuühendid. IN keemiline valem lenduv vesinikühend, vesinikuaatom võib olenevalt asukohast PSCE-s olla kas esimesel või teisel kohal (vt plaati slaidil):

1). Hapnikuga Vesinik moodustab vett:

Video "Vesiniku põlemine"

2H2 + O2 \u003d 2H2O + Q

Tavalistel temperatuuridel kulgeb reaktsioon äärmiselt aeglaselt, üle 550 ° C - plahvatusega (nimetatakse seguks 2 mahuosast H 2 ja 1 mahuosast O 2 plahvatusohtlik gaas) .

Video "Plahvatusohtliku gaasi plahvatus"

Video "Plahvatusohtliku segu valmistamine ja plahvatus"

2). Halogeenidega Vesinik moodustab vesinikhalogeniide, näiteks:

H2 + Cl2 \u003d 2HCl

Vesinik plahvatab koos fluoriga (ka pimedas ja -252°C juures), reageerib kloori ja broomiga ainult valgustamisel või kuumutamisel ning joodiga ainult kuumutamisel.

3). Lämmastikuga Vesinik reageerib ammoniaagi moodustumisega:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

ainult katalüsaatoril ja kõrgendatud temperatuuridel ja rõhul.

4). Kuumutamisel reageerib vesinik intensiivselt väävliga:

H 2 + S \u003d H 2 S (vesiniksulfiid),

palju keerulisem seleeni ja telluuriga.

5). puhta süsinikuga Vesinik võib reageerida ilma katalüsaatorita ainult kõrgetel temperatuuridel:

2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan)

- Vesinik astub asendusreaktsiooni metallioksiididega , samas kui toodetes tekib vesi ja metall redutseerub. Vesinik - omab redutseeriva aine omadusi:

Kasutatakse vesinikku paljude metallide taaskasutamiseks, kuna see võtab nende oksiididest hapnikku ära:

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O jne.

Vesiniku rakendamine

Video "Vesiniku kasutamine"

Praegu toodetakse vesinikku tohututes kogustes. Väga suur osa sellest kasutatakse ammoniaagi sünteesil, rasvade hüdrogeenimisel ning kivisöe, õlide ja süsivesinike hüdrogeenimisel. Lisaks kasutatakse vesinikku vesinikkloriidhappe, metüülalkoholi, vesiniktsüaniidhappe sünteesiks, metallide keevitamisel ja sepistamisel, samuti hõõglampide ja hõõglampide valmistamisel. vääriskivid. Vesinik tuleb müügile balloonides rõhuga üle 150 atm. Need on värvitud tumeroheliseks ja varustatud punase kirjaga "Vesinik".

Vesinikku kasutatakse vedelate rasvade muundamiseks tahketeks rasvadeks (hüdrogeenimine), vedelkütuste tootmiseks kivisöe ja kütteõli hüdrogeenimise teel. Metallurgias kasutatakse vesinikku oksiidide või kloriidide redutseerijana metallide ja mittemetallide (germaanium, räni, gallium, tsirkoonium, hafnium, molübdeen, volfram jne) tootmiseks.

Vesiniku praktiline kasutusala on mitmekesine: see täidetakse tavaliselt õhupallidega, keemiatööstuses on see tooraine paljude väga oluliste toodete (ammoniaak jne) tootmiseks, toiduainetööstuses - tahke aine tootmiseks. taimsetest õlidest saadud rasvad jne. Kõrget temperatuuri (kuni 2600 °C), mis saadakse vesiniku põletamisel hapnikus, kasutatakse tulekindlate metallide, kvartsi jms sulatamiseks. Vedel vesinik on üks tõhusamaid lennukikütuseid. Vesiniku aastane tarbimine maailmas ületab 1 miljonit tonni.

SIMULAATORID

nr 2. Vesinik

TUGEVDAMISE ÜLESANDED

Ülesanne number 1
Koostage võrrandid vesiniku ja järgmiste ainetega interaktsiooni reaktsioonide jaoks: F 2 , Ca, Al 2 O 3, elavhõbeoksiid (II), volframoksiid (VI). Nimetage reaktsiooniproduktid, märkige reaktsioonide liigid.

Ülesanne number 2
Tehke teisendused vastavalt skeemile:
H2O -> H2 -> H2S -> SO 2

Ülesanne number 3.
Arvutage välja vee mass, mida saab 8 g vesiniku põletamisel?

Hapnik on maakeral kõige levinum element. Koos lämmastiku ja vähese hulga muude gaasidega moodustab vaba hapnik Maa atmosfääri. Selle sisaldus õhus on 20,95% mahust või 23,15% massist. Maakoores on 58% aatomitest seotud hapniku aatomid (47% massist). Hapnik on osa veest (seotud hapniku varud hüdrosfääris on äärmiselt suured), kivimitest, paljudest mineraalidest ja sooladest ning seda leidub elusorganisme moodustavates rasvades, valkudes ja süsivesikutes. Peaaegu kogu vaba hapnik Maal tekib ja talletatakse fotosünteesi protsessi tulemusena.

füüsikalised omadused.

Hapnik on värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, õhust veidi raskem. See lahustub vees vähe (1 liitris vees 20 kraadi juures lahustub 31 ml hapnikku), kuid on siiski parem kui teised atmosfäärigaasid, mistõttu vesi on hapnikuga rikastatud. Hapniku tihedus normaaltingimustes on 1,429 g/l. Temperatuuril -183 0 C ja rõhul 101,325 kPa läheb hapnik vedelasse olekusse. Vedel hapnik on sinaka värvusega, tõmmatakse magnetvälja ja temperatuuril -218,7 ° C moodustab siniseid kristalle.

Looduslikul hapnikul on kolm isotoopi O 16, O 17, O 18.

Allotroopia- võime keemiline element eksisteerivad kahe või enama lihtsa aine kujul, mis erinevad ainult molekulis olevate aatomite arvu või struktuuri poolest.

Osoon O 3 – eksisteerib ülemised kihid atmosfääri 20-25 km kõrgusel Maa pinnast ja moodustab nn osoonikihi, mis kaitseb Maad hävitava mõju eest. ultraviolettkiirgust päike; kahvatulilla, suurtes kogustes spetsiifilise terava, kuid meeldiva lõhnaga mürgine gaas. Sulamistemperatuur on -192,7 0 C, keemistemperatuur -111,9 0 C. Lahustume vees paremini kui hapnik.

Osoon on tugev oksüdeerija. Selle oksüdeeriv aktiivsus põhineb molekuli võimel laguneda koos aatomi hapniku vabanemisega:

See oksüdeerib paljusid lihtsaid ja keerulisi aineid. See moodustab osoniide mõne metalliga, näiteks kaaliumosoniidiga:

K + O 3 \u003d KO 3

Osooni saadakse spetsiaalsed seadmed- osonaatorid. Neis muundatakse elektrilahenduse toimel molekulaarne hapnik osooniks:

Sarnane reaktsioon toimub äikeselahenduse toimel.

Osooni kasutamine on tingitud selle tugevatest oksüdeerivatest omadustest: seda kasutatakse kangaste pleegitamiseks, desinfitseerimiseks. joogivesi, meditsiinis desinfektsioonivahendina.

Osooni sissehingamine suurtes kogustes on kahjulik: ärritab silmade ja hingamiselundite limaskesti.

Keemilised omadused.

IN keemilised reaktsioonid koos teiste elementide (va fluori) aatomitega on hapnikul eranditult oksüdeerivad omadused

Kõige tähtsam keemiline omadus- võime moodustada oksiide peaaegu kõigi elementidega. Samal ajal reageerib hapnik otse enamiku ainetega, eriti kuumutamisel.

Nende reaktsioonide tulemusena moodustuvad reeglina oksiidid, harvemini peroksiidid:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ва + О 2 = 2ВаО

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Hapnik ei interakteeru otseselt halogeenide, kulla, plaatinaga, nende oksiidid saadakse kaudselt. Kuumutamisel põlevad hapnikus väävel, süsinik, fosfor.

Hapniku interaktsioon lämmastikuga algab alles temperatuuril 1200 0 C või elektrilahenduses:

N 2 + O 2 \u003d 2NO

Hapnik ühineb vesinikuga, moodustades vee:

2H2 + O2 \u003d 2H2O

Selle reaktsiooni käigus eraldub märkimisväärne kogus soojust.

Kahe mahuosa vesiniku ja ühe hapniku segu plahvatab süütamisel; seda nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks.

Paljud metallid, mis puutuvad kokku õhuhapnikuga, hävivad – korrosioon. Mõned metallid oksüdeeritakse tavatingimustes ainult pinnalt (näiteks alumiinium, kroom). Saadud oksiidkile takistab edasist koostoimet.

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

Komplekssed ained teatud tingimustel interakteeruvad ka hapnikuga. Sel juhul moodustuvad oksiidid ja mõnel juhul oksiidid ja lihtained.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

H 2S + O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

4NH3 + ZO2 \u003d 2N2 + 6H2O

4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Komplekssete ainetega suhtlemisel toimib hapnik oksüdeeriva ainena. Selle oluline omadus põhineb hapniku oksüdatiivsel aktiivsusel – võimel säilitada põlemine ained.

Vesinikuga moodustab hapnik ka ühendi - vesinikperoksiidi H 2 O 2 - värvitu läbipaistva põleva vedeliku kokkutõmbav maitse, vees hästi lahustuv. Keemiliselt on vesinikperoksiid väga huvitav ühend. Sellele on iseloomulik madal stabiilsus: seistes laguneb see aeglaselt veeks ja hapnikuks:

H 2 O 2 \u003d H 2 O + O 2

Valgus, kuumus, leeliste olemasolu, kokkupuude oksüdeerivate või redutseerivate ainetega kiirendavad lagunemisprotsessi. Hapniku oksüdatsiooniaste vesinikperoksiidis = - 1, s.o. on hapniku oksüdatsiooniastme vahepealne vees (-2) ja molekulaarses hapnikus (0), seega on vesinikperoksiidil redoks-duaalsus. Vesinikperoksiidi oksüdeerivad omadused on palju rohkem väljendunud kui redutseerivatel ning need ilmnevad happelises, aluselises ja neutraalses keskkonnas.

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + I 2 + 2H 2 O