المادة الأكثر أهمية وانتشارًا على كوكبنا هي ، بالطبع ، الماء. ما الذي يمكن مقارنته به في الأهمية؟ من المعروف أن الحياة على الأرض أصبحت ممكنة فقط مع ظهور السائل. ما هو الماء (أكسيد الهيدروجين) من وجهة نظر كيميائية؟ مما تتكون وما خصائصها؟ دعونا نحاول فهم هذا المقال
الهيدروجين ومركباته
أخف ذرة في الجدول الدوري بأكمله هي الهيدروجين. كما أنها تحتل موقعًا مزدوجًا ، حيث توجد في كل من المجموعة الفرعية للهالوجينات والمجموعة الأولى من الفلزات القلوية. ما الذي يفسر هذه الميزات؟ الهيكل الإلكتروني لقذيفة ذرتها. لديها إلكترون واحد فقط ، وهو حر في ترك وإرفاق إلكترون آخر بنفسه ، وتشكيل زوج وإكمال المستوى الخارجي.
هذا هو السبب في أن حالات الأكسدة الرئيسية والوحيدة لهذا العنصر هي +1 و -1. يتفاعل بسهولة مع المعادن ، مكونًا الهيدريدات - مركبات صلبة غير متطايرة تشبه الملح من اللون الأبيض.
ومع ذلك ، فإن الهيدروجين أيضًا يشكل بسهولة جزيئات متطايرة من المواد ، تتفاعل مع اللافلزات. على سبيل المثال:
- كبريتيد الهيدروجين H2S ؛
- ميثانCH4؛
- silane SiH4وغيرها.
بشكل عام ، يشكل الهيدروجين الكثير من المركبات. ومع ذلك ، فإن أهم مادة يتم تضمينها هو أكسيد الهيدروجين ، وصيغته هي H2O. هذا هو المركب الأكثر شهرة الذي يعرفه حتى طالب المدرسة الابتدائية الذي لم يكن على دراية بالكيمياء بعد من خلال الصيغة. بعد كل شيء ، الماء (وهذا هو أعلى أكسيد الهيدروجين) ليس فقط مادة شائعة ، ولكنه أيضًا مصدر للحياة على كوكبنا.
يعكس اسم العنصر جوهره الرئيسي - الهيدروجين ، أي "ولادة الماء". مثل أي أكسيد آخر ، هذا أيضًا مركب ثنائي له عدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك خصائص خاصة تميز الماء عن جميع المركبات الأخرى.
أيضًا فئة مهمة من المركبات التي يتكون منها الهيدروجين هي الأحماض العضوية والمعدنية.
الخصائص الكيميائية للهيدروجين
من وجهة نظر النشاط الكيميائي ، الهيدروجين هو عامل اختزال قوي إلى حد ما. في العديد من التفاعلات ، فإنه يعرض مثل هذه الخصائص فقط. ومع ذلك ، عند التفاعل مع معادن أقوى ، يصبح عامل مؤكسد.
من الأهمية بمكان في الصناعة تفاعل الهيدروجين مع أكاسيد المعادن. بعد كل شيء ، هذه هي إحدى الطرق للحصول على الأخير في أنقى صوره. Hydrogenthermy طريقة معدنية لتخليق المعادن النقية من أكاسيدها عن طريق الاختزال بالهيدروجين.
تفاعل الهيدروجين مع أكسيد له الشكل العام التالي:أناxOy+ H2=H2O + أنا
بالطبع ، هذه ليست الطريقة الوحيدة لتجميع المعادن النقية. وهناك آخرون. ومع ذلك ، فإن تقليل الأكاسيد باستخدام الهيدروجين هو عملية إنتاج مربحة للغاية وغير معقدة وقد وجدت تطبيقًا واسعًا.
من المثير للاهتمام أيضًا حقيقة أنه عند مزجه مع الهواء ، يمكن أن يشكل غاز الهيدروجين خليطًا شديد الانفجار. اسمها غاز متفجر. للقيام بذلك ، يجب أن يتم الخلط بمعدل جزئين من الهيدروجين لكل أكسجين.
الماء هو أكسيد الهيدروجين
حقيقة أن هذا الأكسيد مهم جدا ، سبق أن ذكرناها عدة مرات. الآن دعونا نصنفها من حيث الكيمياء. هل ينتمي هذا المركب حقًا إلى هذه الفئة من المواد غير العضوية؟
للقيام بذلك ، سيحاول كتابة الصيغة بشكل مختلف قليلاً: H2O=HON. الجوهر هو نفسه ، وعدد الذرات هو نفسه ، ولكن من الواضح الآن أن لدينا هيدروكسيد أمامنا. ما هي الخصائص التي يجب أن تمتلكها؟ النظر في تفكك المركب:
NON=H++ OH-.
وبالتالي ، فإن الخصائص حمضية ، حيث توجد كاتيونات الهيدروجين في المحلول. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن أن تكون أساسية ، لأن القلويات تشكل معادن فقط.
لذلك ، اسم آخر يحتوي على أكسيد الهيدروجين هو حمض يحتوي على الأكسجين من أبسط تركيبة. نظرًا لأن مثل هذه التداخلات المعقدة مميزة لجزيء معين ، فإن خصائصه ستكون خاصة. وخصائص من صدت منهيكل الجزيء لذلك سنقوم بتحليله
هيكل جزيء الماء
لأول مرة ، فكر نيلز بور في هذا النموذج ، وهو يمتلك الأسبقية والتأليف في هذا الأمر. قاموا بتثبيت السمات التالية.
- جزيء الماء هو ثنائي القطب ، لأن العناصر المكونة له تختلف اختلافًا كبيرًا في الكهربية.
- شكلها المثلث ، الهيدروجين في القاعدة والأكسجين في الأعلى.
- بسبب هذه البنية ، هذه المادة قادرة على تكوين روابط هيدروجينية ، سواء بين الجزيئات التي تحمل الاسم نفسه ، ومع المركبات الأخرى التي تحتوي على عنصر كهربي قوي في تكوينها.
انظر كيف يبدو أكسيد الهيدروجين المعني بشكل تخطيطي في الصورة أدناه.
الخصائص الفيزيائية لأكسيد الهيدروجين
يمكن تحديد العديد من الخصائص الرئيسية.
- حالة التجمع: غازي - بخار ، سائل ، صلب - ثلج ، جليد.
- نقطة الغليان - 1000C (99 ، 974).
- نقطة الانصهار - 00C.
- الماء قادر على الانكماش عند تسخينه في نطاق درجة حرارة من 0-40C. وهذا ما يفسر تكوين الجليد على السطح الذي يكون أقل كثافة ويحافظ على الحياة تحت سمك أكسيد الهيدروجين.
- سعة حرارية عالية ولكن موصلية حرارية منخفضة للغاية.
- في الحالة السائلة ، يظهر أكسيد الهيدروجين لزوجة.
- التوتر السطحي و تشكيل سلبيالجهد الكهربائي على سطح الماء
كما أشرنا أعلاه ، تعتمد ميزات الخصائص على الهيكل. حتى هنا. أدت القدرة على تكوين روابط هيدروجينية إلى سمات مشابهة في هذا المركب.
أكسيد الهيدروجين: الخصائص الكيميائية
من وجهة نظر الكيمياء نشاط الماء مرتفع جدا. خاصة عندما يتعلق الأمر بردود الفعل المصحوبة بالتسخين. ما الذي يمكن أن يتفاعل معه أكسيد الهيدروجين؟
- مع المعادن ، والتي في سلسلة من الفولتية تصل إلى الهيدروجين. في الوقت نفسه ، مع الأكثر نشاطًا (حتى الألمنيوم) ، لا توجد حاجة لظروف خاصة ، وأولئك الذين لديهم قدرة تخفيض منخفضة يتفاعلون فقط مع البخار. أولئك الذين يقفون بعد الهيدروجين غير قادرين على الدخول في مثل هذه التفاعلات على الإطلاق.
- مع اللافلزات. ليس مع الجميع ، ولكن مع الأغلبية. على سبيل المثال ، في جو من الفلور ، يحترق الماء بلهب بنفسجي. كما يمكن التفاعل مع الكلور والكربون والسيليكون والذرات الأخرى.
- مع أكاسيد معدنية (قاعدية) وحمضية (غير فلزية). تتشكل القلويات والأحماض ، على التوالي. من بين المعادن ، يمكن لممثلي أول مجموعتين من المجموعات الفرعية الرئيسية إجراء مثل هذه التفاعلات ، باستثناء المغنيسيوم والبريليوم. تتفاعل اللافلزات التي تشكل أكاسيد حمضية مع الماء جميعًا. الاستثناء هو رمل النهر - SiO2.
معادلة تفاعل أكسيد الهيدروجين كمثال: SO3+ H2O=H2SO4.
منتشر في الطبيعة
لقد اكتشفنا بالفعل أن هذه المادة -الأكثر انتشارًا في العالم. دعونا نشير إلى النسبة المئوية في الأشياء.
- حوالي 70٪ من وزن الجسم للإنسان والثدييات. تحتوي بعض الحيوانات على حوالي 98٪ من أكسيد الهيدروجين (قنديل البحر).
- 71٪ من الأرض مغطاة بالماء.
- أكبر كتلة هي مياه المحيطات.
- تم العثور على حوالي 2٪ في الأنهار الجليدية.
- 0 ، 63٪ تحت الأرض.
- 0.001٪ الغلاف الجوي (ضباب).
- يتكون جسم النباتات من 50٪ ماء ، وبعض الأنواع أكثر من ذلك.
- تحدث العديد من المركبات على شكل هيدرات بلورية تحتوي على ماء مرتبط.
يمكن أن تستمر هذه القائمة لفترة طويلة ، لأنه من الصعب تذكر أي شيء لا يحتوي على الماء أو لا يحتويه مرة واحدة. أو تتشكل بدون مشاركة هذا الأكسيد.
طرق الحصول على
الحصول على أكسيد الهيدروجين ليس له قيمة صناعية. بعد كل شيء ، من الأسهل استخدام المصادر الجاهزة - الأنهار والبحيرات وغيرها من المسطحات المائية بدلاً من إنفاق كمية هائلة من الطاقة والكواشف. لذلك ، في المختبر ، من المناسب فقط الحصول على ماء مقطر شديد النقاء.
لهذه الأغراض ، يتم استخدام أجهزة معينة ، مثل مكعبات التقطير. هذه المياه ضرورية لإجراء العديد من التفاعلات الكيميائية ، حيث تحتوي المياه غير المعالجة على كمية كبيرة من الشوائب والأملاح والأيونات.
الدور البيولوجي
القول بأن الماء يستخدم في كل مكان هو بخس. من غير المعقول أن تتخيل حياتك بدون هذا الاتصال. منفي الصباح وحتى حلول الليل ، يستخدمه الشخص باستمرار للأغراض المنزلية والصناعية.
خصائص أكسيد الهيدروجين تعني استخدامه كمذيب عالمي. وليس فقط في المختبر. ولكن أيضًا في الكائنات الحية ، حيث تحدث آلاف التفاعلات الكيميائية الحيوية كل ثانية.
أيضًا ، الماء نفسه مشارك في العديد من التركيبات ، كما أنه يعمل كمنتج ثانوي ناتج عنها. كل شخص على وجه الأرض يمر بحوالي 50 طنًا من هذه المادة الرائعة خلال 60 عامًا!
أكسيد الهيدروجين المستخدم:
- في جميع الصناعات ؛
- دواء ؛
- توليفات كيميائية ؛
- في جميع أنواع الصناعات ؛
- احتياجات منزلية
- زراعة
من الصعب تحديد منطقة من الحياة يمكنك الاستغناء فيها عن الماء. الكائنات الحية الوحيدة التي لا تحتوي على أكسيد الهيدروجين في تكوينها وتعيش بدونه هي الفيروسات. هذا هو السبب في أنه من الصعب على الشخص محاربة هذه الكائنات.
