Vesinikoksiid: valmistamine ja omadused

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:24

Kõige olulisem ja laiem alt levinud aine meie planeedil on loomulikult vesi. Mida saab sellega tähtsuselt võrrelda? On teada, et elu Maal sai võimalikuks alles vedeliku tulekuga. Mis on vesi (vesinikoksiid) keemilisest vaatenurgast? Millest see koosneb ja millised omadused sellel on? Proovime sellest artiklist aru saada.

Vesinik ja selle ühendid

Kogu perioodilisuse tabeli kergeim aatom on vesinik. Samuti on sellel kaks positsiooni, asudes nii halogeenide alarühmas kui ka leelismetallide esimeses rühmas. Mis seletab selliseid funktsioone? Selle aatomi kesta elektrooniline struktuur. Sellel on ainult üks elektron, mis võib vab alt lahkuda ja teise enda külge kinnitada, moodustades paari ja lõpetades välise tasandi.

Seetõttu on selle elemendi peamised ja ainsad oksüdatsiooniastmed +1 ja -1. See reageerib kergesti metallidega, moodustades hüdriide – valget värvi tahkeid mittelenduvaid soolataolisi ühendeid.

Samas moodustab vesinik kergesti ka lenduvaid ainete molekule, interakteerudes mittemetallidega. Näiteks:

• vesiniksulfiid H₂S;
• metaanCH₄;
• silane SiH₄ ja teised.

Üldiselt moodustab vesinik üsna palju ühendeid. Kõige olulisem aine, milles see sisaldub, on aga vesinikoksiid, mille valem on H₂O. See on kõige kuulsam ühend, mille valemi järgi tunneb ära isegi algklassiõpilane, kes keemiaga veel ei tunne. Lõppude lõpuks pole vesi (ja see on kõrgeim vesinikoksiid) mitte ainult tavaline aine, vaid ka eluallikas meie planeedil.

Elemendi nimi peegeldab selle põhiolemust – vesinikku, st "vee sünnitamist". Nagu iga teine oksiid, on ka see binaarne ühend, millel on mitmeid füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Lisaks on eriomadused, mis eristavad vett kõigist teistest ühenditest.

Samuti on oluline vesinikku moodustavate ühendite klass happed, nii orgaanilised kui ka mineraalsed.

Vesiniku keemilised omadused

Keemilise aktiivsuse seisukoh alt on vesinik üsna tugev redutseerija. Paljudes reaktsioonides on sellel just sellised omadused. Veelgi tugevamate metallidega suheldes muutub see aga oksüdeerivaks aineks.

Tööstuses on väga oluline vesiniku koostoime metallioksiididega. See on ju üks võimalustest viimast kõige ehedamal kujul saada. Vesiniktermia on metallurgiline meetod puhaste metallide sünteesimiseks nende oksiididest vesinikuga redutseerimise teel.

Vesiniku reaktsioonil oksiidiga on järgmine üldvorm:Mina_xO_y + H₂=H₂O + Mina.

Muidugi pole see ainus viis puhaste metallide sünteesimiseks. On ka teisi. Oksiidide redutseerimine vesinikuga on aga energeetiliselt üsna tulus ja lihtne tootmisprotsess, mis on leidnud laialdast rakendust.

Huvitav on ka asjaolu, et õhuga segades võib gaas vesinik moodustada väga plahvatusohtliku segu. Selle nimi on plahvatusohtlik gaas. Selleks tuleks segada kiirusega kaks mahuosa vesinikku ühe hapniku kohta.

Vesi on vesinikoksiid

Asjaolu, et see oksiid on väga oluline, oleme juba mitu korda maininud. Nüüd iseloomustame seda keemia mõttes. Kas see ühend kuulub tõesti sellesse anorgaaniliste ainete klassi?

Selleks proovib ta valemit veidi teistmoodi kirjutada: H₂O=HON. Olemus on sama, aatomite arv on sama, kuid nüüd on ilmne, et meie ees on hüdroksiid. Millised omadused sellel peaksid olema? Mõelge ühendi dissotsiatsioonile:

MITTE=H⁺ + OH^-.

Järelikult on omadused happelised, kuna lahuses on vesiniku katioone. Lisaks ei saa need olla aluselised, sest leelised moodustavad ainult metalle.

Seetõttu on teine nimi, millel on vesinikoksiid, kõige lihtsama koostisega hapnikku sisaldav hape. Kuna sellised keerulised põimimised on antud molekulile iseloomulikud, on selle omadused erilised. Ja omadused on tõrjutudmolekuli struktuur, seega analüüsime seda.

Veemolekuli struktuur

Esimest korda mõtles Niels Bohr selle mudeli peale ning temale kuulub selles küsimuses ülimuslikkus ja autorsus. Nad paigaldasid järgmised omadused.

1. Veemolekul on dipool, kuna selle moodustavad elemendid erinevad elektronegatiivsuse poolest suuresti.
2. Selle kolmnurkne kuju, vesinikud põhjas ja hapnik üleval.
3. Selle struktuuri tõttu on see aine võimeline moodustama vesiniksidemeid nii samanimeliste molekulide vahel kui ka teiste ühenditega, mille koostises on tugev alt elektronegatiivne element.

Vaadake, kuidas kõnealune vesinikoksiid skemaatiliselt välja näeb alloleval fotol.

Vesinikoksiidi füüsikalised omadused

Võib tuvastada mitu peamist tunnust.

1. Agregatsiooni olek: gaasiline - aur, vedel, tahke aine - lumi, jää.
2. Keemistemperatuur – 100⁰C (99, 974).
3. Sulamistemperatuur – 0⁰C.
4. Vesi on võimeline kahanema, kui seda kuumutatakse temperatuurivahemikus 0-4⁰C. See seletab väiksema tihedusega jää teket pinnal ja elu säilimist vesinikoksiidi paksuse all.
5. Suur soojusmahtuvus, kuid väga madal soojusjuhtivus.
6. Vedelas olekus on vesinikoksiidil viskoossus.
7. Pindpinge ja negatiivse tekeelektripotentsiaal veepinnal.

Nagu eespool märkisime, sõltuvad omaduste omadused struktuurist. Nii et siin. Vesiniksidemete moodustamise võime on toonud kaasa selles ühendis sarnased tunnused.

Vesinikoksiid: keemilised omadused

Keemia seisukoh alt on vee aktiivsus üsna kõrge. Eriti kui tegemist on reaktsioonidega, millega kaasneb kuumutamine. Millega võib vesinikoksiid reageerida?

1. Metallidega, mis pingereas on kuni vesinikuni. Samal ajal ei ole kõige aktiivsema (kuni alumiiniumi) puhul eritingimusi vaja ja madalama redutseerimisvõimega inimesed reageerivad ainult auruga. Need, mis seisavad pärast vesinikku, ei suuda üldse sellistesse interaktsioonidesse astuda.
2. Mittemetallidega. Mitte kõigiga, aga enamusega. Näiteks fluori atmosfääris põleb vesi violetse leegiga. Samuti on võimalik reageerida kloori, süsiniku, räni ja teiste aatomitega.
3. Metalloksiididega (aluseline) ja happeliste (mittemetallidega). Tekivad vastav alt leelised ja happed. Metallide hulgas on sellisteks reaktsioonideks võimelised peamiste alarühmade kahe esimese rühma esindajad, välja arvatud magneesium ja berüllium. Mittemetallid, mis moodustavad happelisi oksiide, interakteeruvad veega. Erandiks on jõeliiv – SiO₂.

Vesinikoksiidi reaktsioonivõrrand on näiteks: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Levike looduses

Oleme juba avastanud, et see aine -kõige levinum maailmas. Tähistame protsentides objektides.

1. Umbes 70% inimeste ja imetajate kehakaalust. Mõned loomastikud on umbes 98% vesinikoksiidist (meduusid).
2. 71% Maast on kaetud veega.
3. Suurima massiga on ookeanide vesi.
4. Umbes 2% leidub liustikes.
5. 0, 63% maa all.
6. 0,001% on atmosfääriline (udu).
7. Taimekeha koosneb 50% ulatuses veest, mõned liigid isegi rohkem.
8. Paljud ühendid esinevad kristalsete hüdraatidena, mis sisaldavad seotud vett.

Seda loetelu võib veel kaua jätkata, sest raske on meelde jätta midagi, mis ei sisalda vett või kunagi ei sisaldanud seda. Või tekkis ilma selle oksiidi osaluseta.

Saamismeetodid

Vesinikoksiidi saamisel pole tööstuslikku väärtust. Lõppude lõpuks on lihtsam kasutada valmisallikaid - jõgesid, järvi ja muid veekogusid, kui kulutada tohutult energiat ja reaktiive. Seetõttu on laboris asjakohane hankida ainult destilleeritud väga puhast vett.

Selleks otstarbeks kasutatakse teatud seadmeid, näiteks destilleerimiskuubikuid. Selline vesi on vajalik paljude keemiliste koostoimete läbiviimiseks, kuna töötlemata vesi sisaldab suures koguses lisandeid, sooli, ioone.

Bioloogiline roll

Öelda, et vett kasutatakse kõikjal, on alahinnatud. On mõeldamatu ette kujutada oma elu ilma selle ühenduseta. Alateshommikul ja kuni õhtuni kasutab inimene seda pidev alt nii kodu- kui ka tööstuslikel eesmärkidel.

Vesinikoksiidi omadused tähendavad selle kasutamist universaalse lahustina. Ja mitte ainult laboris. Aga ka elusolendites, kus igal sekundil toimuvad tuhanded biokeemilised reaktsioonid.

Samuti on vesi ise osaline paljudes sünteesides, samuti toimib see nendest tekkiva kõrvalsaadusena. Iga inimene Maal läbib 60 aasta jooksul umbes 50 tonni seda hämmastavat ainet!

Kasutatud vesinikoksiidi:

• kõikides tööstusharudes;
• meditsiin;
• keemiline süntees;
• igat tüüpi tööstusharudes;
• leibkonna vajadused;
• põllumajandus.

Raske on määratleda eluvaldkonda, kus saaks ilma veeta hakkama. Ainsad elusolendid, kelle koostises ei ole vesinikoksiidi ja kes elavad ilma selleta, on viirused. Seetõttu on inimesel raske nende organismidega võidelda.