Водород, его физические и химические свойства
Элемент водород начинает Периодическую систему – он имеет порядковый номер 1. Это самый легкий из химических элементов. Обладая уникальными свойствами, частично напоминающими свойства галогенов, частично – щелочных металлов, он оказывается расположенным и в первой, и в VII группах Периодической системы.
Строение водорода
Атом водорода имеет очень простое строение – в нем содержится всего один протон и один электрон. Отдавая электрон, атом приобретает степень окисления +1, а принимая его – степень окисления –1. Относительная атомная масса атома водорода равна 1. Однако в природе существуют и более тяжелые атомы водорода – дейтерий (содержит один нейтрон, поэтому его масса равна 2) и тритий (содержит два нейтрона, атомная масса равна 3).
Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он уступает по распространенности кислороду, кремнию и некоторым другим элементам. Главное соединение водорода – вода. Также он содержится в природном газе, нефти, в некоторых минералах, в белках, жирах и углеводах.
Физические свойства
При обычных условиях водород – газ, состоящий из двухатомных молекул. Он не имеет ни цвета, ни запаха, мало растворим в воде (1,82 мл в 100 г воды при 20 ). При сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при –253°C, при этой температуре азот и кислород находятся в кристаллическом состоянии. Твердый водород образуется при охлаждении до –259°C.
Газообразный водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, например, платина и палладий растворять значительные количества газообразного водорода. Водород в 14,5 раз легче воздуха, 100 л водорода при 0 весят всего 9 г. Это самый легкий из газов и самое легкое вещество.
Химические свойства
При комнатной температуре реагирует лишь с фтором, а на свету – с хлором, при нагревании – с кислородом, серой, азотом, углеродом:
H + X = 2HX (X = F, Cl)
2H + O = 2HO,
H + S = HS,
3H + N = 2NH.
С кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом.
При взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды. Восстанавливает некоторые металлы из оксидов:
1. Найдем массовую долю олова в сплаве:
w(Sn)=100%-46,5%=53,5%
2. Вычислим массу каждого металла в сплаве:
m(Pb)=89 г*0,465=41,385 г
m(Sn)=89 г*0,535=47,615 г
3. Составим уравнение реакции восстановления оксида свинца(2) углём:
PbO + C = Pb + CO
4. Вычислим количество вещества - свинца (Pb) по формуле n=m\M
n(Pb)=41,385г\ 207 г\моль≈0,2 моль
5. По уравнению реакции найдём количество вещества - оксида свинца(2) -PbO ( сравним коэффициенты : перед свинцом и оксидом свинца(2) стоит коэффициент 1 , так как 1=1, то n(Pb)=n(PbO):
По уравнению реакции:
n(PbO)=n(Pb)=0,2 моль
6. Вычислим массу оксида свинца(2) по формуле m=n*M:
m(PbO)=0,2 моль * 223 г\моль=44,6г
7. Составим уравнение восстановления углём оксида олова(4):
SnO₂ + C = Sn + CO₂
8. Найдём количество вещества олова(Sn) по формуле n=m\M:
n(Sn) = 47,615г \ 119 г\моль=0,4 моль
9. По уравнению реакции найдём количество вещества - оксида олова(4) - SnO₂ ( сравним коэффициенты : перед оловом и оксидом олова(4) коэффициент равен 1, так как 1=1 , то n(SnO₂)=n(Sn):
По уравнению реакции:
n(SnO₂)=n(Sn)=0,4 моль
10. Найдём массу оксида свинца(4)-SnO₂ по формуле m=n*M
m(SnO₂)=0,4 моль * 151 г\моль= 60,4г
CH4+Cl2 = CH3Cl + HCl реакция замещения водорода в предельных углеводородах, одна из реакций, характеризующих химические свойства галогенов.