Vodikov oksid: priprava in lastnosti

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Najpomembnejša in najbolj razširjena snov na našem planetu je seveda voda. Kaj se lahko primerja z njim po pomembnosti? Znano je, da je življenje na Zemlji postalo mogoče šele s prihodom tekočine. Kaj je voda (vodikov oksid) s kemijskega vidika? Iz česa je sestavljen in kakšne lastnosti ima? Poskusimo razumeti ta članek.

vodik in njegove spojine

Najlažji atom v celotnem periodnem sistemu je vodik. Zavzema tudi dvojni položaj, saj se nahaja tako v podskupini halogenov kot v prvi skupini alkalijskih kovin. Kaj pojasnjuje takšne lastnosti? Elektronska struktura lupine njenega atoma. Ima samo en elektron, ki je prost tako, da lahko zapusti in nase pritrdi še enega, tvori par in zaključi zunanjo raven.

Zato sta glavna in edina oksidacijska stanja tega elementa +1 in -1. Z lahkoto reagira s kovinami in tvori hidride - trdne nehlapne soli podobne spojine bele barve.

Vendar vodik zlahka tvori tudi hlapne molekule snovi, ki sodelujejo z nekovinami. Na primer:

• vodikov sulfid H₂S;
• metanCH₄;
• silane SiH₄ in drugi.

Na splošno vodik tvori precej spojin. Vendar pa je najpomembnejša snov, v katero je vključen, vodikov oksid, katerega formula je H₂O. To je najbolj znana spojina, ki jo po formuli prepozna tudi osnovnošolec, ki še ne pozna kemije. Konec koncev voda (in to je najvišji vodikov oksid) ni le običajna snov, ampak tudi vir življenja na našem planetu.

Samo ime elementa odraža njegovo glavno bistvo - vodik, torej "rojenje vode". Kot vsak drugi oksid je tudi ta binarna spojina s številnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi. Poleg tega obstajajo posebne značilnosti, po katerih se voda razlikuje od vseh drugih spojin.

Pomemben razred spojin, ki tvorijo vodik, so kisline, tako organske kot mineralne.

Kemijske lastnosti vodika

Z vidika kemične aktivnosti je vodik dokaj močno redukcijsko sredstvo. V mnogih reakcijah kaže prav takšne lastnosti. Vendar pa pri interakciji s še močnejšimi kovinami postane oksidant.

V industriji je zelo pomembna interakcija vodika s kovinskimi oksidi. Konec koncev je to eden od načinov, kako slednje dobiti v najčistejši obliki. Hidrogenetermija je metalurška metoda za sintezo čistih kovin iz njihovih oksidov z redukcijo z vodikom.

Reakcija vodika z oksidom ima naslednjo splošno obliko:Me_xO_y + H₂=H₂O + jaz.

Seveda to ni edini način za sintezo čistih kovin. Obstajajo še drugi. Vendar je redukcija oksidov z vodikom energetsko precej donosen in nezapleten proizvodni proces, ki je našel široko uporabo.

Zanimivo je tudi dejstvo, da lahko vodikov plin v mešanici z zrakom tvori zelo eksplozivno zmes. Njegovo ime je eksplozivni plin. Če želite to narediti, je treba mešati s hitrostjo dveh volumnov vodika na en kisik.

Voda je vodikov oksid

Dejstvo, da je ta oksid zelo pomemben, smo že večkrat omenili. Zdaj pa ga okarakterizirajmo v smislu kemije. Ali ta spojina res spada v ta razred anorganskih snovi?

Za to bo poskusil zapisati formulo nekoliko drugače: H₂O=HON. Bistvo je enako, število atomov je enako, zdaj pa je očitno, da imamo pred seboj hidroksid. Kakšne lastnosti mora imeti? Razmislite o disociaciji spojine:

NON=H⁺ + OH^-.

Posledično so lastnosti kisle, saj so v raztopini prisotni vodikovi kationi. Poleg tega ne morejo biti bazični, ker alkalije tvorijo samo kovine.

Zato je drugo ime, ki ima vodikov oksid, kislina, ki vsebuje kisik, najpreprostejše sestave. Ker so tako zapleteni prepletanja značilni za dano molekulo, bodo zato njene lastnosti posebne. In lastnosti se odbijajo odstrukturo molekule, zato jo bomo analizirali.

Struktura molekule vode

Prvič je Niels Bohr razmišljal o tem modelu in ima v tej zadevi primat in avtorstvo. Namestili so naslednje lastnosti.

1. Molekula vode je dipol, saj se elementi, ki jo sestavljajo, zelo razlikujejo po elektronegativnosti.
2. Njegova trikotna oblika, vodik na dnu in kisik na vrhu.
3. Zaradi te strukture je ta snov sposobna tvoriti vodikove vezi, tako med istoimenskimi molekulami kot z drugimi spojinami, ki imajo v svoji sestavi močno elektronegativen element.

Oglejte si, kako je zadevni vodikov oksid shematično videti na spodnji fotografiji.

Fizikalne lastnosti vodikovega oksida

Določiti je mogoče več glavnih značilnosti.

1. Stanje agregacije: plinasto - para, tekoče, trdno - sneg, led.
2. Vrelišče - 100⁰C (99, 974).
3. Tališče - 0⁰C.
4. Voda se lahko skrči, ko se segreje v temperaturnem območju od 0-4⁰C. To pojasnjuje nastanek ledu na površini, ki ima manjšo gostoto in ohranjanje življenja pod debelino vodikovega oksida.
5. Visoka toplotna zmogljivost, vendar zelo nizka toplotna prevodnost.
6. V tekočem stanju ima vodikov oksid viskoznost.
7. Površinska napetost in nastanek negativaelektrični potencial na vodni gladini.

Kot smo že omenili, so lastnosti lastnosti odvisne od strukture. Torej tukaj. Sposobnost tvorbe vodikovih vezi je privedla do podobnih lastnosti te spojine.

vodikov oksid: kemične lastnosti

Z vidika kemije je aktivnost vode precej visoka. Še posebej, ko gre za reakcije, ki jih spremlja segrevanje. S čim lahko reagira vodikov oksid?

1. S kovinami, ki so v nizu napetosti do vodika. Hkrati pa pri najbolj aktivnih (do aluminija) posebni pogoji niso potrebni, tisti z nižjo redukcijsko sposobnostjo pa reagirajo le s paro. Tisti, ki stojijo za vodikom, sploh niso sposobni vstopiti v takšne interakcije.
2. Z nekovinami. Ne z vsemi, ampak z večino. Na primer, v atmosferi fluora voda gori z vijoličnim plamenom. Možna je tudi reakcija s klorom, ogljikom, silicijem in drugimi atomi.
3. S kovinskimi oksidi (bazični) in kislimi (nekovine). Nastanejo alkalije oziroma kisline. Med kovinami so predstavniki prvih dveh skupin glavnih podskupin sposobni takšnih reakcij, razen magnezija in berilija. Nekovine, ki tvorijo kisle okside, medsebojno delujejo z vodo. Izjema je rečni pesek - SiO₂.

Reakcijska enačba za vodikov oksid je kot primer: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Širenje v naravi

Ugotovili smo že, da je ta snov -najbolj razširjena na svetu. Označimo odstotek v predmetih.

1. Približno 70 % telesne teže ljudi in sesalcev. Nekatera favna je približno 98 % vodikovega oksida (meduze).
2. 71% Zemlje je pokrito z vodo.
3. Največja masa je voda oceanov.
4. Približno 2% najdemo v ledenikih.
5. 0, 63 % pod zemljo.
6. 0,001% je atmosferska (megla).
7. Telo rastlin je 50% vode, nekatere vrste celo več.
8. Številne spojine se pojavljajo kot kristalinični hidrati, ki vsebujejo vezano vodo.

Ta seznam se lahko nadaljuje še dolgo, saj si je težko zapomniti karkoli, kar ne vsebuje vode ali nekoč ni. Ali nastane brez sodelovanja tega oksida.

Načini pridobivanja

Pridobivanje vodikovega oksida nima industrijske vrednosti. Navsezadnje je lažje uporabiti že pripravljene vire - reke, jezera in druga vodna telesa kot porabiti ogromno energije in reagentov. Zato je v laboratoriju primerno pridobiti samo destilirano, visoko čisto vodo.

Za te namene se uporabljajo določene naprave, kot so destilacijske kocke. Takšna voda je potrebna za izvajanje številnih kemičnih interakcij, saj neobdelana voda vsebuje veliko količino nečistoč, soli, ionov.

biološka vloga

Reči, da se voda uporablja povsod, je premalo. Brez te povezave si je nepredstavljivo predstavljati svoje življenje. Izzjutraj in do noči ga človek nenehno uporablja tako za domače kot industrijske namene.

Lastnosti vodikovega oksida pomenijo njegovo uporabo kot univerzalno topilo. Pa ne samo v laboratoriju. Pa tudi v živih bitjih, kjer se vsako sekundo zgodi na tisoče biokemičnih reakcij.

Prav tako je voda sama udeleženka številnih sintez, služi tudi kot stranski produkt, ki nastane iz njih. Vsak človek na Zemlji preide skozi približno 50 ton te neverjetne snovi v 60 letih!

Porabljen vodikov oksid:

• v vseh panogah;
• zdravilo;
• kemijske sinteze;
• v vseh vrstah industrij;
• potrebe gospodinjstva;
• kmetijstvo.

Težko je opredeliti področje življenja, na katerem lahko brez vode. Edina živa bitja, ki v svoji sestavi nimajo vodikovega oksida in živijo brez njega, so virusi. Zato se človek težko bori s temi organizmi.