Водороден оксид: получаване и свойства

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Най-важното и широко разпространено вещество на нашата планета е, разбира се, водата. Какво може да се сравни с него по важност? Известно е, че животът на Земята стана възможен едва с появата на течност. Какво е водата (водороден оксид) от химическа гледна точка? От какво се състои и какви свойства има? Нека се опитаме да разберем тази статия.

Водород и неговите съединения

Най-лекият атом в цялата периодична таблица е водородът. Той също така заема двойна позиция, като се намира както в подгрупата на халогените, така и в първата група на алкалните метали. Какво обяснява подобни характеристики? Електронната структура на обвивката на неговия атом. Той има само един електрон, който е свободен както да напусне, така и да прикачи друг към себе си, образувайки двойка и завършвайки външното ниво.

Ето защо основните и единствени степени на окисление на този елемент са +1 и -1. Лесно реагира с метали, образувайки хидриди - твърди нелетливи солеподобни съединения с бял цвят.

Въпреки това, водородът също лесно образува летливи молекули на вещества, взаимодействайки с неметали. Например:

• сероводород H₂S;
• метанCH₄;
• silane SiH₄ и други.

Като цяло водородът образува доста много съединения. Най-важното вещество, в което се включва обаче, е водородният оксид, чиято формула е H₂O. Това е най-известното съединение, което дори ученик от начално училище, който все още не е запознат с химията, разпознава по формулата. В крайна сметка водата (а това е най-високият водороден оксид) е не само често срещано вещество, но и източник на живот на нашата планета.

Самото име на елемента отразява основната му същност - водород, тоест "раждане на вода". Както всеки друг оксид, този също е бинарно съединение с редица физични и химични свойства. Освен това има специални характеристики, които отличават водата от всички други съединения.

Също важен клас съединения, които образуват водород, са киселините, както органични, така и минерални.

Химически свойства на водорода

От гледна точка на химическата активност, водородът е доста силен редуциращ агент. В много реакции той проявява точно такива свойства. Въпреки това, когато взаимодейства с още по-силни метали, той се превръща в окислител.

Много важно в индустрията е взаимодействието на водорода с металните оксиди. В крайна сметка това е един от начините да получите последното в най-чистия му вид. Хидрогентермията е металургичен метод за синтез на чисти метали от техните оксиди чрез редукция с водород.

Реакцията на водород с оксид има следната обща форма:Me_xO_y + H₂=H₂O + аз.

Разбира се, това не е единственият начин за синтезиране на чисти метали. Има и други. Въпреки това, редуцирането на оксидите с водород е енергийно доста печеливш и неусложнен производствен процес, който намери широко приложение.

Също интересен е фактът, че когато се смеси с въздух, водородният газ може да образува силно експлозивна смес. Името му е експлозивен газ. За да направите това, смесването трябва да се извърши в размер на два обема водород на един кислород.

Водата е водороден оксид

Фактът, че този оксид е много важен, вече споменахме няколко пъти. Сега нека го характеризираме от гледна точка на химията. Това съединение наистина ли принадлежи към този клас неорганични вещества?

За да направи това, той ще се опита да напише формулата малко по-различно: H₂O=HON. Същността е същата, броят на атомите е същият, но сега е очевидно, че имаме хидроксид пред нас. Какви свойства трябва да има? Помислете за дисоциацията на съединението:

NON=H⁺ + OH^-.

Следователно свойствата са киселинни, тъй като в разтвора присъстват водородни катиони. Освен това те не могат да бъдат основни, тъй като алкалите образуват само метали.

Ето защо друго име, което има водороден оксид, е кислород-съдържаща киселина с най-прост състав. Тъй като такива сложни преплитания са характерни за дадена молекула, следователно, нейните свойства ще бъдат специални. И имотите са отблъснати отструктурата на молекулата, така че ще я анализираме.

Структурата на водната молекула

За първи път Нилс Бор мисли за този модел и той притежава първенството и авторството по този въпрос. Те инсталираха следните характеристики.

1. Молекулата на водата е дипол, тъй като елементите, които я съставят, се различават значително по електроотрицателност.
2. Триъгълната му форма, водород в основата и кислород в горната част.
3. Поради тази структура това вещество е в състояние да образува водородни връзки, както между едноименни молекули, така и с други съединения, които имат силно електроотрицателен елемент в състава си.

Вижте как схематично изглежда въпросният водороден оксид на снимката по-долу.

Физични свойства на водородния оксид

Могат да бъдат идентифицирани няколко основни характеристики.

1. Състояние на агрегиране: газообразно - пара, течност, твърдо вещество - сняг, лед.
2. Точка на кипене - 100⁰C (99, 974).
3. Точка на топене - 0⁰C.
4. Водата може да се свива при нагряване в температурен диапазон от 0-4⁰C. Това обяснява образуването на лед на повърхността, който има по-ниска плътност и запазването на живота под дебелината на водородния оксид.
5. Висок топлинен капацитет, но много ниска топлопроводимост.
6. В течно състояние водородният оксид проявява вискозитет.
7. Повърхностно напрежение и образуване на негативелектрически потенциал на водната повърхност.

Както отбелязахме по-горе, характеристиките на свойствата зависят от структурата. Така че тук. Способността за образуване на водородни връзки е довела до подобни черти в това съединение.

Водороден оксид: химични свойства

От гледна точка на химията, активността на водата е доста висока. Особено когато става въпрос за реакции, придружени от нагряване. С какво може да реагира водородният оксид?

1. С метали, които в поредица от напрежения са до водород. В същото време при най-активните (до алуминий) не са необходими специални условия, а тези с по-ниска редукционна способност реагират само с пара. Тези, които стоят след водорода, изобщо не са способни да влязат в такива взаимодействия.
2. С неметали. Не с всички, а с мнозинството. Например, в атмосфера на флуор, водата гори с виолетов пламък. Възможна е и реакция с хлор, въглерод, силиций и други атоми.
3. С метални оксиди (основни) и киселинни (неметали). Образуват се съответно алкали и киселини. Сред металите, представителите на първите две групи от основните подгрупи са способни на такива реакции, с изключение на магнезия и берилия. Всички неметали, които образуват киселинни оксиди, взаимодействат с водата. Изключение е речният пясък - SiO₂.

Уравнението на реакцията за водороден оксид е като пример: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Разпространение сред природата

Вече разбрахме, че това вещество -най-разпространената в света. Нека да обозначим процента в обекти.

1. Около 70% от телесното тегло на хората и бозайниците. Някои фауни са около 98% водороден оксид (медузи).
2. 71% от Земята е покрита с вода.
3. Най-голямата маса е водата на океаните.
4. Около 2% се намират в ледниците.
5. 0, 63% под земята.
6. 0,001% е атмосферно (мъгла).
7. Тялото на растенията е 50% вода, някои видове дори повече.
8. Много съединения се срещат като кристални хидрати, съдържащи свързана вода.

Този списък може да бъде продължен дълго време, защото е трудно да запомните нещо, което не включва вода или някога не е включвало. Или се образува без участието на този оксид.

Методи за получаване

Получаването на водороден оксид няма индустриална стойност. В крайна сметка е по-лесно да използвате готови източници - реки, езера и други водни тела, отколкото да изразходвате огромно количество енергия и реагенти. Следователно в лабораторията е подходящо да се получава само дестилирана, високо чиста вода.

За тези цели се използват определени устройства, като дестилационни кубчета. Такава вода е необходима за извършване на много химични взаимодействия, тъй като необработената вода съдържа голямо количество примеси, соли, йони.

Биологична роля

Да се каже, че водата се използва навсякъде, е подценяване. Немислимо е да си представим живота си без тази връзка. Отсутрин и до вечерта човек постоянно го използва както за битови, така и за промишлени цели.

Свойствата на водородния оксид означават използването му като универсален разтворител. И не само в лабораторията. Но също и в живи същества, където хиляди биохимични реакции протичат всяка секунда.

Също така, самата вода е участник в много синтези, тя също така служи като страничен продукт, получен от тях. Всеки човек на Земята преминава през около 50 тона от това невероятно вещество за 60 години!

Използван водороден оксид:

• във всички индустрии;
• лекарство;
• химични синтези;
• във всички видове индустрии;
• домашни нужди;
• селско стопанство.

Трудно е да се определи област от живота, в която можете да правите без вода. Единствените живи същества, които нямат водороден оксид в състава си и живеят без него, са вирусите. Ето защо е трудно човек да се бори с тези организми.