اکسید هیدروژن: آماده سازی و خواص

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

مهمترین و گسترده ترین ماده در سیاره ما البته آب است. چه چیزی را می توان از نظر اهمیت با آن مقایسه کرد؟ مشخص است که زندگی بر روی زمین تنها با ظهور مایع ممکن شد. آب (اکسید هیدروژن) از نظر شیمیایی چیست؟ از چه چیزهایی تشکیل شده و چه خواصی دارد؟ بیایید سعی کنیم این مقاله را درک کنیم.

هیدروژن و ترکیبات آن

سبک ترین اتم در کل جدول تناوبی هیدروژن است. همچنین موقعیت دوگانه ای را اشغال می کند و هم در زیر گروه هالوژن ها و هم در گروه اول فلزات قلیایی قرار دارد. چه چیزی چنین ویژگی هایی را توضیح می دهد؟ ساختار الکترونیکی پوسته اتم آن. فقط یک الکترون دارد که آزاد است هم ترک کند و هم الکترون دیگری را به خودش بچسباند و یک جفت تشکیل دهد و سطح بیرونی را تکمیل کند.

به همین دلیل است که حالت های اصلی و تنها اکسیداسیون این عنصر 1+ و -1 است. به راحتی با فلزات واکنش می دهد و هیدریدها را تشکیل می دهد - ترکیبات جامد غیر فرار شبیه نمک سفید رنگ.

با این حال، هیدروژن همچنین به راحتی مولکول های فرار مواد را تشکیل می دهد و با غیر فلزات در تعامل است. به عنوان مثال:

• سولفید هیدروژن H₂S;
• متانCH₄;
• silane SiH₄ و دیگران.

به طور کلی، هیدروژن ترکیبات بسیار زیادی را تشکیل می دهد. اما مهمترین ماده ای که در آن گنجانده شده است اکسید هیدروژن است که فرمول آن H₂O است. این معروف ترین ترکیبی است که حتی دانش آموز دبستانی که هنوز با شیمی آشنا نیست با فرمول آن را تشخیص می دهد. از این گذشته، آب (و این بالاترین اکسید هیدروژن است) نه تنها یک ماده رایج است، بلکه منبع حیات در سیاره ما نیز هست.

نام این عنصر نشان دهنده ماهیت اصلی آن است - هیدروژن، یعنی "زایش آب". مانند هر اکسید دیگری، این یکی نیز یک ترکیب دوتایی با تعدادی خواص فیزیکی و شیمیایی است. علاوه بر این، ویژگی های خاصی وجود دارد که آب را از سایر ترکیبات متمایز می کند.

همچنین دسته مهمی از ترکیباتی که هیدروژن را تشکیل می دهند اسیدها هستند، هم آلی و هم معدنی.

خواص شیمیایی هیدروژن

از نقطه نظر فعالیت شیمیایی، هیدروژن یک عامل احیا کننده نسبتاً قوی است. در بسیاری از واکنش ها، دقیقاً چنین خواصی را از خود نشان می دهد. با این حال، هنگام تعامل با فلزات حتی قوی تر، به یک عامل اکسید کننده تبدیل می شود.

در صنعت برهمکنش هیدروژن با اکسیدهای فلزی بسیار مهم است. به هر حال، این یکی از راه‌هایی است که دومی را به خالص‌ترین شکل خود می‌آوریم. هیدروژنترمی یک روش متالورژیکی برای سنتز فلزات خالص از اکسیدهای آنها با احیاء با هیدروژن است.

واکنش هیدروژن با اکسید به شکل کلی زیر است:من_xO_y + H_۲=H_۲O + من.

البته این تنها راه سنتز فلزات خالص نیست. دیگران هستند. با این حال، احیای اکسیدها با هیدروژن یک فرآیند تولید انرژی کاملاً سودآور و بدون عارضه است که کاربرد وسیعی یافته است.

همچنین جالب این واقعیت است که وقتی گاز هیدروژن با هوا مخلوط می شود می تواند مخلوطی بسیار انفجاری ایجاد کند. نام آن گاز انفجاری است. برای انجام این کار، مخلوط کردن باید به میزان دو حجم هیدروژن در هر اکسیژن انجام شود.

آب اکسید هیدروژن است

این واقعیت که این اکسید بسیار مهم است، قبلاً چندین بار به آن اشاره کرده ایم. حال بیایید آن را از نظر شیمی توصیف کنیم. آیا این ترکیب واقعاً به این دسته از مواد معدنی تعلق دارد؟

برای این کار، او سعی می کند فرمول را کمی متفاوت بنویسد: H₂O=HON. ذات یکی است، تعداد اتم ها یکسان است، با این حال، اکنون مشخص است که ما هیدروکسید در مقابل خود داریم. چه خواصی باید داشته باشد؟ تفکیک ترکیب را در نظر بگیرید:

NON=H⁺ + OH^-.

در نتیجه، خواص اسیدی هستند، زیرا کاتیون های هیدروژن در محلول وجود دارند. علاوه بر این، آنها نمی توانند اساسی باشند، زیرا قلیاها فقط فلزات را تشکیل می دهند.

بنابراین، نام دیگری که دارای اکسید هیدروژن است، اسید حاوی اکسیژن با ساده ترین ترکیب است. از آنجایی که چنین آمیختگی های پیچیده مشخصه یک مولکول معین است، بنابراین، خواص آن خاص خواهد بود. و خواص دفع می شودساختار مولکول، بنابراین ما آن را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد.

ساختار مولکول آب

برای اولین بار، نیلز بور به این مدل فکر کرد و او در این موضوع دارای اولویت و نویسندگی است. آنها صفات زیر را نصب کردند.

1. مولکول آب یک دوقطبی است، زیرا عناصر تشکیل دهنده آن از نظر الکترونگاتیوی بسیار متفاوت هستند.
2. شکل مثلثی آن، هیدروژن در پایه و اکسیژن در بالا.
3. به دلیل این ساختار، این ماده قادر به ایجاد پیوندهای هیدروژنی، هم بین مولکول های همنام و هم با سایر ترکیباتی است که در ترکیب آنها عنصر شدیداً الکترونگاتیو دارند.

نگاه کنید که اکسید هیدروژن مورد نظر چگونه به صورت شماتیک در عکس زیر به نظر می رسد.

خواص فیزیکی اکسید هیدروژن

چند ویژگی اصلی را می توان شناسایی کرد.

1. وضعیت تجمع: گاز - بخار، مایع، جامد - برف، یخ.
2. نقطه جوش - 100⁰C (99، 974).
3. نقطه ذوب - 0⁰C.
4. آب وقتی در محدوده دمایی 0-4⁰C گرم می شود، می تواند منقبض شود. این امر تشکیل یخ روی سطح را توضیح می دهد که چگالی کمتری دارد و زندگی در زیر ضخامت اکسید هیدروژن حفظ می شود.
5. ظرفیت حرارتی بالا اما رسانایی حرارتی بسیار کم.
6. در حالت مایع، اکسید هیدروژن ویسکوزیته از خود نشان می دهد.
7. کشش سطحی و تشکیل منفیپتانسیل الکتریکی روی سطح آب.

همانطور که در بالا اشاره کردیم، ویژگی های ویژگی ها به ساختار بستگی دارد. پس اینجا توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی باعث ایجاد صفات مشابه در این ترکیب شده است.

اکسید هیدروژن: خواص شیمیایی

از نظر شیمی، فعالیت آب بسیار زیاد است. به خصوص وقتی صحبت از واکنش های همراه با گرما باشد. اکسید هیدروژن با چه چیزی می تواند واکنش نشان دهد؟

1. با فلزاتی که در یک سری ولتاژها تا هیدروژن می رسد. در عین حال، با فعال ترین (تا آلومینیوم) شرایط خاصی لازم نیست و آنهایی که توانایی کاهش کمتری دارند فقط با بخار واکنش نشان می دهند. آنهایی که پس از هیدروژن قرار دارند اصلاً قادر به وارد شدن به چنین فعل و انفعالی نیستند.
2. با نافلزات. نه با همه، بلکه با اکثریت. به عنوان مثال، در فضایی از فلوئور، آب با شعله بنفش می سوزد. همچنین واکنش با کلر، کربن، سیلیکون و سایر اتم ها امکان پذیر است.
3. با اکسیدهای فلزی (اساسی) و اسیدی (غیر فلزات). قلیاها و اسیدها به ترتیب تشکیل می شوند. در میان فلزات، نمایندگان دو گروه اول از زیر گروه های اصلی، به جز منیزیم و بریلیم، قادر به چنین واکنش هایی هستند. غیر فلزاتی که اکسیدهای اسیدی را تشکیل می دهند، همگی با آب برهم کنش دارند. استثنا ماسه رودخانه است - SiO₂.

معادله واکنش برای اکسید هیدروژن به عنوان مثال است: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

گسترش در طبیعت

ما قبلاً دریافته ایم که این ماده -گسترده ترین در جهان بیایید درصد را در اشیا نشان دهیم.

1. حدود ۷۰ درصد وزن بدن انسان و پستانداران. برخی از جانوران حدود 98٪ اکسید هیدروژن (ژتر دریایی) هستند.
2. 71٪ از زمین پوشیده از آب است.
3. بزرگترین جرم آب اقیانوس ها است.
4. حدود ۲٪ در یخچالها یافت می شود.
5. 0، 63% زیرزمینی.
6. 0.001٪ جوی (مه) است.
7. بدن گیاهان 50% آب است، برخی گونه ها حتی بیشتر.
8. بسیاری از ترکیبات به‌عنوان هیدرات‌های کریستالی حاوی آب محدود به وجود می‌آیند.

این فهرست را می توان برای مدت طولانی ادامه داد، زیرا به خاطر سپردن چیزی که شامل آب نباشد یا زمانی شامل آن نشده باشد، دشوار است. یا بدون مشارکت این اکسید تشکیل شده است.

روش های به دست آوردن

دستیابی به اکسید هیدروژن ارزش صنعتی ندارد. از این گذشته ، استفاده از منابع آماده - رودخانه ها ، دریاچه ها و سایر منابع آبی آسان تر از صرف مقدار زیادی انرژی و معرف ها است. بنابراین، در آزمایشگاه، تنها به دست آوردن آب مقطر و بسیار خالص مناسب است.

برای این منظور از دستگاه های خاصی مانند مکعب های تقطیر استفاده می شود. چنین آبی برای انجام بسیاری از فعل و انفعالات شیمیایی ضروری است، زیرا آب تصفیه نشده حاوی مقدار زیادی ناخالصی، نمک، یون است.

نقش بیولوژیکی

اینکه بگوییم آب در همه جا استفاده می شود، دست کم گرفتن است. تصور زندگی خود بدون این ارتباط غیرممکن است. ازصبح و تا شب، فرد دائماً از آن برای مصارف خانگی و صنعتی استفاده می کند.

خواص اکسید هیدروژن به معنای استفاده از آن به عنوان یک حلال جهانی است. و نه تنها در آزمایشگاه. اما همچنین در موجودات زنده، که در آن هزاران واکنش بیوشیمیایی در هر ثانیه اتفاق می‌افتد.

همچنین، آب خود در بسیاری از سنتزها شرکت می کند، همچنین به عنوان یک محصول جانبی حاصل از آنها عمل می کند. هر انسان روی زمین در 60 سال از حدود 50 تن از این ماده شگفت انگیز عبور می کند!

اکسید هیدروژن استفاده شده:

• در همه صنایع؛
• دارو;
• سنتزهای شیمیایی؛
• در همه انواع صنایع؛
• نیازهای خانوار؛
• کشاورزی.

تعریف حوزه ای از زندگی که بتوانید در آن بدون آب انجام دهید دشوار است. تنها موجودات زنده ای که در ترکیب خود اکسید هیدروژن ندارند و بدون آن زندگی می کنند ویروس ها هستند. به همین دلیل است که مبارزه با این موجودات برای انسان دشوار است.