Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Нижегородская Государственная Медицинская Академия

Кафедра общей химии

Реферат на тему: «важнейшие соединения водорода; изотопы. Вода. Пероксид водорода»

Выполнила: студентка педиатрического факультета

111 группы Пермякова Ю. А..

Проверила: Красникова О. В.

Нижний Новгород

2012

Содержание

Водород………………………………………………………………………….3

Получение…………………………………………….…………………..4

Химические свойства……………………..…………..………………….6

Гидриды…………………………………………………….……………………8

Пероксид водорода…………………………………….………………………..8

Получение……………..…………………………………………………..9

Химические свойства и применение………….……….………………...9

Вода……………………………………………………………………………...10

Химические свойства воды……………………………………………...10

Водород

Около 1671 года английский химик и физик Роберт Бойль (1627–1691) впервые получил водород (H2), растворяя железные иголки в серной кислоте (H2SO4); однако его химическую природу он уяснить не сумел. В 1766 году английским физик и химик Генри Кавендиш (1731–1810) доказал в своей работе по экспериментальному исследованию воздуха, что в нем имеется газ, резко отличающийся от воздуха, и сообщает об открытии водорода и углекислого газа (CO2). Действуя соляной кислотой (HCl) на цинк (Zn) и железо (Fe), он обнаружил неизвестный бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.

Оказалось, что газ горит, взрываясь, поэтому он был назван “горючим воздухом”. В 1784 году Генри Кавендиш, пропуская через смесь горючего воздуха и кислорода электрическую искру, обнаружил, что в сосуде появилась вода. После ряда точных опытов, он убедился, что продуктом горения была только вода, которая не имела запаха или вкуса и при выпаривании не оставляла остатка. Таким образом, Генри Кавендиш определил химический состав воды (H2O). К таким же выводам пришел чуть позже французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794). Латинское (Hydogenium) и русское названия произошли от греческого hydro genes – порождающий воду.

Водород Н (Hydrogenium – «рождающий воду» (А. Лавузье) ) – первый элемент Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атом водорода состоит из ядра, представляющего собой протон, и одного электрона, который размещается на 1S¹ –орбитали. Электронная конфигурация 1S¹ , ЭО=2,1, степени окисления в соединениях -1, 0, +1. Особенности строения атома водорода: его единственный электрон не экранирован от действия ядра внутренними протонами; положительно заряженный ион Н⁺ представляет собой элементарную частицу протон ¹₁р; радиус атома водорода меньше радиусов атомов всех остальных элементов. Такое строение атома объясняет многие отличительные свойства водорода и его двойственное положение в Периодической системе: водород помещают и в I A группу (с щелочными металлами), и в VIIА (с галогенами).

По данным современной космохимии водород является самым распространенным элементом во Вселенной. Основная форма существования водорода в космическом пространстве – отдельные атомы. По распространенности на Земле водород занимает 9 место среди всех элементов. Основное количество водорода на Земле находится в связанном состоянии: в составе воды, нефти, природного газа, каменного угля, живых и растительных организмов. В виде простого вещества встречается редко в виде вулканических газов.

Природный водород состоит из двух стабильных изотопов – протия ¹Н (99,98%) и дейтерия ²Н (D) (0,015%) – и радиоактивного изотопа трития ³Н (Т) (следовые количества, период полураспада 12,5 лет)

Водород – легкий, бесцветный газ без запаха, плотность при н.у. 0,09 г/л, в 14,5 раз легче воздуха, температура кипения -252,8⁰С, плавления -259,2⁰С. Водород плохо растворим в воде и органических растворителях, хорошо растворим в некоторых металлах: никеле, платине, палладии.

Молекула водорода Н₂ двухатомна, очень прочная (Е_св(Н-Н)=436 кДж/моль). Водород может образовывать ковалентные полярные (НCl), ковалентные неполярные (H₂), ионные (NaH) связи, а также межмолекулярные (HF, H₂O) и внутримолекулярные (ДНК) водородные связи.

Получение

Основной способ получения водорода – восстановление протона Н⁺ действием достаточно сильных восстановителей.

Табл.1

«Способы получения водорода»

Название способа	Химизм процесса	примечание
Промышленные способы
Конверсия метана с водяным паром	CH4=CO + 3H2	T=750-9000C, кат.Ni, MgO, Al2O3 CO+H2 - синтез-газ
Газификация твердого топлива	C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2	Происходит восстановление водяного пара раскаленным коксом, полученную смесь СО, Н2 и Н2О, так называемый водяной газ, пропускают над катализатором Fe2O3 при 4500С, что позволяет увеличить выход водорода. Далее СО2 удаляют из смеси газов, растворяя его в воде под высоким давлением или пропуская реакционную смесь через горячий раствор карбоната калия
Термохимическое разложение метана (крекинг)	CH4→C+2H2	t=1200-15000C
Восстановление водяного пара железом	3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 Fe+H2O=FeO+H2	T<5700C Fe3O4 (FeO*Fe2O3) – железная окалина t>5700C
Электролиз воды	2H2O=2H2 + O2	Электропроводность дистиллированной воды мала, поэтому электролиз проводят в присутствии сильных электролитов (например, Na2SO4, H2SO4, NaOH)
Лабораторные способы
Взаимодействие металлов с кислотами	Fe+2HCl = FeCl2+H2	Используют разбавленные кислоты-неокислители (например соляную, серную) и металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода. Нельзя использовать азотную кислоту
Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой	2Na+2H2O=2NaOH+H2 Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2
Взаимодействие алюминия, цинка, кремния с водными растворами щелочей	2Al+2NaOH+6H2O=2Na [Al(OH)4]+3H2 Zn+2NaOH+2H2O=Na2 [Zn(OH)4]+H2	Роль окислителя выполняет вода
Взаимодействие воды с гидридами щелочных и щелочноземельных металлов (гидролиз)	NaH+H2O =NaOH+H2 CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2

Во всех реакциях, которые лежат в основе лабораторных способов получения газа, водород сначала образуется в атомарном виде (время жизни Н⁰ около 0,5с). Такой водород является более сильным восстановителем, чем молекулярный Н₂ ,поэтому водород в момент выделения часто используют для восстановления веществ.

Химические свойства

При обычных условиях молекулярный водород проявляет сравнительно низкую реакционную способность, что объясняется высокой прочностью связи в молекуле. При нагревании вступает в взаимодействие практически со всеми простыми веществами, образованными элементами главных подгрупп (кроме благородных газов B, Si, P, Al). В химических реакциях водород может выступать как в роли восстановителя (чаще), так и в роли окислителя (реже).

Таблица 2

«Химические свойства водорода»

свойство	Химизм процесса	Примечание
H2 – восстановитель (H20-2e- ->2H+1)
Реакции с простыми веществами – неметаллами
Взаимодействие с галогенами	H2+Hal=2HHal	Со втором при обычных условиях, в темноте, со взрывом ,с хлором – при освещении (или УФ-облучении) по цепному механизму, с бромом и йодом – только при нагревании
Взаимодействие с кислородом	2H2+O2=2H2O +Q	Смесь Н2 и О2 в объемном соотношении 2:1 называются «гремучим газом»
Взаимодействие с серой	H2+S=H2S	T =150-3000C
Взаимодействие с азотом	3H2+N2=2NH3	T=5000C, p, kat. – Fe, Pt
Взаимодействие с углеродом	2H2+C=CH4
Реакции со сложными веществами
Взаимодействие с оксидами малоактивных металлов	CuO=Cu+H2O Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O WO3+3H2=W+3H2O	Водород восстанавливает только те металлы, которые в ряду напряжений расположены правее цинка. Этот метод применяют для получения металлов высокой чистоты и тугоплавких металлов
Взаимодействие с оксидами неметаллов	H2+CO2=CO+H2O 2H2+CO=CH3OH	Т=4000С, р=250-300 атм, кat-ZnO, Cr2O3
Взаимодействие с органическими соединениями	CH2=CH2+H2=CH3-CH3 C6H6+3H2=C6H12 C3CHO+H2=CH3-CH(OH)-CH3 Жидкий жир + Н2=твердый жир СН3NO2+3H2=CH3NH2+2H2O	Органические соединения, содержащие π-связи, и напряженные циклоалканы способны вступать в реакции гидрирования (присоединения Н2). В этих реакциях в качестве катализатора используют Pt или Ni. Гидрирование растительных масел (получение маргарина) Восстановление нитросоединений до аминов
Н2 – окислитель (Н02 + 2е—->2H-1)
Взаимодействие со щелочами и щелочно-земельными металлами	2Na+H2=CaH2	Образуются гидриды – кристаллические ионные соединения (степень окисления водорода – 1)