Химия - это просто

Популярно о химии

· Что такое химия
· Периодическая таблица

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

· Водород
· Бор
· Углерод
· Азот
· Кислород
· Алюминий
· Кремний
· Фосфор
· Сера
· Хлор
· Хром
· Марганец
· Железо
· Медь
· Цинк
· Серебро
· Золото
· Ртуть

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Водород (H) и его химические реакции

Водород - простое вещество H₂ (диводород, дипротий, легкий водород).

Краткая характеристика водорода:

• Неметалл.
• Бесцветный газ, трудно поддающийся сжижению.
• Плохо растворяется в воде.
• Лучше растворяется в органических растворителях.
• Хемосорбируется металлами: железом, никелем, платиной, палладием.
• Сильный восстановитель.
• Взаимодействует (при высоких температурах) с неметаллами, металлами, оксидами металлов.
• Наибольшей восстановительной способностью обладает атомный водород H⁰, получаемый при термическом разложении H₂.
• Изотопы водорода:
  • ¹H - протий
  • ²H - дейтерий (D)
  • ³H - тритий (Т)
• Относительная молекулярная масса = 2,016
• Относительная плотность твердого водорода (t=-260°C) = 0,08667
• Относительная плотность жидкого водорода (t=-253°C) = 0,07108
• Избыточное давление (н.у.) = 0,08988 г/л
• t_{плавления} = -259,19°C
• t_{кипения} = -252,87°C
• Объемный коэффициент растворимости водорода:
  • (t=0°C) = 2,15;
  • (t=20°C) = 1,82;
  • (t=60°C) = 1,60;

1. Термическое разложение водорода (t=2000-3500°C):
H₂ ↔ 2H⁰

2. Взаимодействие водорода с неметаллами:

• H₂+F₂ = 2HF (t=-250..+20°C)
• H₂+Cl₂ = 2HCl (при сжигании или на свету при комнатной температуре):
  • Cl₂ = 2Cl⁰
  • Cl⁰+H₂ = HCl+H⁰
  • H⁰+Cl₂ = HCl+Cl⁰
• H₂+Br₂ = 2HBr (t=350-500°C, катализатор платина)
• H₂+I₂ = 2HI (t=350-500°C, катализатор платина)
• H₂+O₂ = 2H₂O:
  • H₂+O₂ = 2OH⁰
  • OH⁰+H₂ = H₂O+H⁰
  • H⁰+O₂ = OH⁰+O⁰
  • O⁰+H₂ = OH⁰+H⁰
• H₂+S = H₂S (t=150..200°C)
• 3H₂+N₂ = 2NH₃ (t=500°C, катализатор железо)
• 2H₂+C(кокс) = CH₄ (t=600°C, катализатор платина)
• H₂+2C(кокс) = C₂H₂ (t=1500..2000°C)
• H₂+2C(кокс)+N₂ = 2HCN (t более 1800°C)

3. Взаимодействие водорода со сложными веществами:

• 4H₂+(Fe^IIFe₂^III)O₄ = 3Fe+4H₂O (t более 570°C)
• H₂+Ag₂SO₄ = 2Ag+H₂SO₄ (t более 200°C)
• 4H₂+2Na₂SO₄ = Na₂S+4H₂O (t = 550-600°C, катализатор Fe₂O₃)
• 3H₂+2BCl₃ = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
• H₂+2EuCl₃ = 2EuCl₂+2HCl (t = 270°C)
• 4H₂+CO₂ = CH₄+2H₂O (t = 200°C, катализатор CuO₂)
• H₂+CaC₂ = Ca+C₂H₂ (t более 2200°C)
• H₂+BaH₂ = Ba(H₂)₂ (t до 0°C, раствор)

4. Участие водорода в окислительно-восстановительных реакциях:

• 2H⁰(Zn, разб. HCl)+KNO₃ = KNO₂+H₂O
• 8H⁰(Al, конц. KOH)+KNO₃ = NH₃↑+KOH+2H₂O
• 2H⁰(Zn, разб. HCl)+EuCl₃ = 2EuCl₂↑+2HCl
• 2H⁰(Al)+NaOH(конц.)+Ag₂S = 2Ag↓+H₂O+NaHS
• 2H⁰(Zn, разб. H₂SO₄)+C₂N₂ = 2HCN

Водородные соединения

D₂ - дидейтерий:

• Тяжелый водород.
• Бесцветный газ, трудно поддаваемый сжижению.
• Дидейтерия содержится в природной водороде 0,012-0,016% (по массе).
• В газовой смеси дидейтерия и протия изотопный обмен протекает при высоких температурах.
• Плохорастворим в обычной и тяжелой воде.
• С обычной водой изотопный обмен незначителен.
• Химические свойства аналогичны легкому водороду, но дидейтерий обладает меньшей реакционной способностью.
• Относительная молекулярная масса = 4,028
• Относительная плотность жидкого дидейтерия (t=-253°C) = 0,17
• t_{плавления} = -254,5°C
• t_{кипения} = -249,49°C

T₂ - дитритий:

• Сверхтяжелый водород.
• Бесцветный радиоактивный газ.
• Период полураспада 12,34 года.
• Химические свойства аналогичны H₂.
• В природе дитритий образуется в результате бомбардировки нейтронами космического излучения ядер ¹⁴N, следы дитрития обнаружены в природных водах.
• Получают дитритий в ядерном реакторе бомбардировкой лития медленными нейтронами.
• Относительная молекулярная масса = 6,032
• t_{плавления} = -252,52°C
• t_{кипения} = -248,12°C

HD - дейтериоводород:

• Бесцветный газ.
• Не растворяется в воде.
• Химические свойства аналогичны H₂.
• Относительная молекулярная масса = 3,022
• Относительная плотность твердого дейтериоводорода (t=-257°C) = 0,146
• Избыточное давление (н.у.) = 0,135 г/л
• t_{плавления} = -256,5°C
• t_{кипения} = -251,02°C

Оксиды водорода

H₂O - вода:

• Бесцветная жидкость.
• По изотопному составу кислорода вода состоит из H₂¹⁶O с примесями H₂¹⁸O и H₂¹⁷O
• По изотопному составу водорода вода состоит из ¹H₂O с примесью HDO.
• Жидкая вода подвергается протолизу (H₃O⁺ и OH^-):
  • H₃O⁺ (катион оксония) является самой сильной кислотой в водном растворе;
  • OH^- (гидроксид-ион) является самым сильным основанием в водном растворе;
  • Вода - самый слабый сопряженный протолит.
• Со многими веществами вода образует кристаллогидраты.
• Вода является химически активным веществом.
• Вода является универсальным жидким растворителем неорганических соединений.
• Относительная молекулярная масса воды = 18,02
• Относительная плотность твердой воды (льда) (t=0°C) = 0,917
• Относительная плотность жидкой воды:
  • (t=0°C) = 0,999841
  • (t=20°C) = 0,998203
  • (t=25°C) = 0,997044
  • (t=50°C) = 0,97180
  • (t=100°C) = 0,95835
• плотность (н.у.) = 0,8652 г/л
• t_{плавления} = 0°C
• t_{кипения} = 100°C
• Ионное произведение воды (25°C) = 1,008·10^-14

1. Термическое разложение воды:
2H₂O ↔ 2H₂+O₂ (выше 1000°C)

D₂O - оксид дейтерия:

• Тяжелая вода.
• Бесцветная гигроскопичная жидкость.
• Вязкость выше, чем у воды.
• Смешивается с обычной водой в неограниченных количествах.
• При изотопном обмене образуется полутяжелая вода HDO.
• Растворяющая способность ниже, чем у обычной воды.
• Химические свойства оксида дейтерия аналогичны химическим свойствам воды, но все реакции протекают медленнее.
• Тяжелая вода присутствует в природной воде (массовое отношение к обычной воде 1:5500).
• Оксид дейтерия получают многократным электролизом природной воды, при котором тяжелая вода накапливается в остатке электролита.
• Относительная молекулярная масса тяжелой воды = 20,03
• Относительная плотность жидкой тяжелой воды (t=11,6°C) = 1,1071
• Относительная плотность жидкой тяжелой воды (t=25°C) = 1,1042
• t_{плавления} = 3,813°C
• t_{кипения} = 101,43°C

T₂O - оксид трития:

• Сверхтяжелая вода.
• Бесцветная жидкость.
• Вязкость выше, а растворяющая способность ниже, чем у обычной и тяжелой воды.
• Смешивается с обычной и тяжелой водой в неограниченных количествах.
• Изотопный обмен с обычной и тяжелой водой приводит к образованию HTO, DTO.
• Химические свойства сверхтяжелой воды аналогичны химическим свойствам воды, но все реакции протекают еще медленнее, чем в тяжелой воде.
• Следы оксида трития находят в природной воде и атмосфере.
• Получают сверхтяжелую воду пропусканием трития над раскаленным оксидом меди CuO.
• Относительная молекулярная масса сверхтяжелой воды = 22,03
• t_{плавления} = 4,5°C