Хімічні властивості та застосування водню.

Хімічні властивості водню

За звичайних умов водень проявляє низьку хімічну активність, що пояснюється міцністю  зв’язку між атомами Гідрогену в молекулі водню.

Для підвищення реакційної здатності  водню використовують каталізатори, найчастіше, метали: платину , нікель, паладій тощо. Їхня каталітична активність пояснюється тим, що молекули водню адсорбуються деякими металами і розпадаються на атоми, які набагато активніші за молекули.

Також атомарний водень утворюється у момент його виділення. Тому деякі реакції проводять безпосередньо в реакційній суміші під час виділення водню.

1. Взаємодія водню з простими речовинами

взаємодія водню з неметалами

У реакціях з неметалами водень проявляє відновні властивості. Це пояснюється тим, що у Гідрогену електронегативність менша за електронегативність інших неметалічних елементів, тому в сполуках з неметалічними елементами Гідроген набуває ступінь окиснення + 1.

  • За звичайних умов водень взаємодіє зі фтором:

H2 + F2 = 2 HF.

  • При УФ-освітленні або нагріванні водень взаємодіє з хлором (відео 1):

H2 + Cl2 = 2 HCl.

Відео 1. Горіння водню в хлорі.

  •  Водень реагує з киснем при нагріванні або в присутності каталізатора, наприклад, платини:

2H2 + О2 = 2 H2О.

Відео 2. Взаємодія водню з киснем у присутності платини.
  • При нагріванні відбуваються оборотні реакції водню з сіркою, бромом, йодом і азотом:

H2 + S ⇄ H2S,

2 + N2 ⇄ 2NН3.

Для збільшення виходу амоніаку реакцію водню з азотом проводять в присутності каталізатора і за високого тиску.

взаємодія водню з металами

У реакціях з металами водень проявляє окисні властивості. У Гідрогену електронегативність більша за електронегативність металічних елементів, тому у сполуках з металічними елементами Гідроген набуває ступінь окиснення — 1.

При нагріванні водень взаємодіє з лужними, лужноземельними та деякими іншими металами. При цьому утворюються гідриди металічних елементів — йонні кристалічні сполуки, наприклад, натрій гідрид:

2Na + H2 2NaH,

Са + H2  СaH2.

Більшість гідридів металів — нестійкі і при нагріванні розкладаються ще до досягнення своєї температури плавлення:

2NaH  2Na + H2.

2. Взаємодія водню зі складними речовинами

При нагріванні водень здатний реагувати зі складними речовинами,і проявляти при цьому відновні властивості, утворюючи сполуки, у яких його ступінь окиснення дорівнює +1.

взаємодія водню з оксидами металічних елементів
Водень відновлює малоактивні метали і метали середньої активності з їх оксидів (відео 3):

СuO + Н= Сu + Н2O,

WO3+ 3H2 = W + 3Н2O.

Відео 3. Відновлення купрум(ІІ) оксиду воднем.
взаємодія водню з карбон(ІІ) оксидом

При 220-300 ° С під тиском 150-600 ат у присутності каталізаторів з водню і карбон(ІІ) оксиду отримують метанол:

СO + 2Н2 ⇄ CH3OH.

взаємодія водню з органічними речовинами
У присутності каталізаторів водень приєднується до ненасичених органічних речовин, наприклад, до етену і етину:

СН2=СН22 → СН3―СН3,

СН≡СН +Н2 → СН2=СН2

Застосування водню.

Застосування водню представлено на схемі 1.

Використання водню в промисловості ґрунтується на його властивостях.

Водень використовують для добування неорганічних і органічних речовин: амоніаку, гідроген хлориду, гідридів металічних елементів, метанолу тощо.

Гідруванням рідких рослинних жирів отримують маргарин.

Водень використовують як відновник у металургії для отримання тугоплавких металів та металів високої чистоти.

Водень використовують для різання та зварювання металів.

Водень — екологічно чисте паливо.

ВИСНОВКИ

За звичайних умов водень малоактивний.
Для підвищення реакційної здатності  водню використовують каталізатори, або проводять реакції при нагріванні.
У хімічних реакціях водень може бути як відновником, так і окисником.
Як відновник водень взаємодіє з неметалами, оксидами металічних елементів, ненасиченими органічними сполуками, як окисник — з металами.
Суміш водню з киснем є вибухонебезпечною. Суміш водню з киснем, в якій на один об’єм кисню доводиться два об’єми водню називають гримучою сумішшю.
Перед роботою з воднем його треба перевірити на чистоту.
Водень застосовують добування амоніаку, хлоридної кислоти, метанолу, металів, для перетворення олій на тверді жири, зварювання та різання металів. Разом з гелієм воднем наповнюють повітряні кульки у метеорології. Водень використовують як ракетне паливо. У майбутньому можливе використання водню як екологічно чистого пального. 

Питання для закріплення знань.

1. Яку роль — окисника або відновника — відіграє водень в більшості хімічних реакцій?

2. З якими простими речовинами водень взаємодіє як відновник?

3. Які сполуки утворюються при взаємодії водню з лужними і лужноземельними металами? Який ступінь окиснення проявляє водень у  цих сполуках?

4. З якими складними речовинами взаємодіє водень?

5. Де застосовують водень?

6. У чому переваги водневої енергетики з екологічної точки зору?