Сутегі Н - Әлемдегі ең көп таралған элемент (масса бойынша шамамен 75%), ал Жерде ол ең көп мөлшерде тоғызыншы орында. Ең маңызды табиғи сутегі қосылысы - су.
Сутегі периодтық жүйеде бірінші орында (Z = 1). Оның ең қарапайым атомдық құрылымы бар: атомның ядросы 1 протонды құрайды, оны 1 электроннан тұратын электронды бұлт қоршайды.
Кейбір жағдайларда сутегі металлдық қасиет көрсетеді (электронды береді), ал басқаларында металл емес қасиеттерді көрсетеді (электронды қабылдайды).
Табиғатта кездесетін сутегі изотоптары: 1Н - протий (ядро бір протоннан тұрады), 2Н - дейтерий (D - ядро бір протон мен бір нейтроннан тұрады), 3Н - тритий (Т - ядро бір протон мен екіден тұрады. нейтрондар).
Қарапайым зат сутегі
Сутегі молекуласы ковалентті полярлы емес байланыс арқылы қосылған екі атомнан тұрады.
Физикалық қасиеттері.
Сутегі – түссіз, иіссіз, дәмсіз, улы емес газ. Сутегі молекуласы полярлы емес. Сондықтан сутегі газындағы молекулааралық әсерлесу күштері аз. Бұл төмен қайнау температурасында (-252,6 0С) және балқу температурасында (-259,2 0С) көрінеді.
Сутегі ауадан жеңіл, D (ауа арқылы) = 0,069; суда аз ериді (2 көлем H2 H2O 100 көлемде ериді). Сондықтан сутегі зертханада өндірілген кезде ауа немесе суды ауыстыру әдістерімен жиналуы мүмкін.
Сутегі өндірісі
Зертханада:
1. Сұйылтылған қышқылдардың металдарға әсері:
Zn +2HCl → ZnCl 2 +H 2
2. Сілтілік және негізгі металдардың сумен әрекеттесуі:
Ca +2H 2 O → Ca(OH) 2 +H 2
3. Гидридтердің гидролизі: металл гидридтері сумен оңай ыдырап, сәйкес сілті мен сутегі түзіледі:
NaH +H 2 O → NaOH +H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2
4. Сілтілердің мырышқа немесе алюминийге немесе кремнийге әсері:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H 2 O → K 2 +H 2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
5. Судың электролизі. Судың электр өткізгіштігін арттыру үшін оған электролит қосылады, мысалы, NaOH, H 2 SO 4 немесе Na 2 SO 4. Катодта 2 көлем сутегі, анодта 1 көлем оттегі түзіледі.
2H 2 O → 2H 2 +O 2
Сутегінің өнеркәсіптік өндірісі
1. Метанды бумен өңдеу, Ni 800 °C (ең арзан):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
Барлығы:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2
2. 1000 oС ыстық кокс арқылы су буы:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2
Пайда болған көміртек оксиді (IV) суға сіңеді, өнеркәсіптік сутегінің 50% осылайша түзіледі.
3. Метанды темір немесе никель катализаторының қатысуымен 350°С дейін қыздыру арқылы:
CH 4 → C + 2H 2
4. Қосалқы өнім ретінде KCl немесе NaCl сулы ерітінділерінің электролизі:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH
Сутектің химиялық қасиеттері
- Қосылыстарда сутегі әрқашан бір валентті болады. Ол +1 тотығу дәрежесімен сипатталады, бірақ металл гидридтерінде ол -1-ге тең.
- Сутегі молекуласы екі атомнан тұрады. Олардың арасындағы байланыстың пайда болуы H:H немесе H 2 электрондарының жалпыланған жұбының түзілуімен түсіндіріледі.
- Электрондардың осылай жалпылануы арқасында H 2 молекуласы оның жеке атомдарына қарағанда энергетикалық тұрақты. 1 моль сутегі молекуласын атомдарға ыдырату үшін 436 кДж энергия жұмсау керек: Н 2 = 2Н, ∆Н° = 436 кДж/моль.
- Бұл қарапайым температурада молекулалық сутегінің салыстырмалы түрде төмен белсенділігін түсіндіреді.
- Көптеген бейметалдармен сутегі RH 4, RH 3, RH 2, RH сияқты газ тәрізді қосылыстар түзеді.
1) Галогендермен галогенсутек түзеді:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Сонымен бірге фтормен жарылып, хлормен және броммен тек жарықтандырғанда немесе қыздырғанда, ал йодпен қыздырғанда ғана әрекеттеседі.
2) Оттегімен:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
жылу шығарумен. Қалыпты температурада реакция баяу жүреді, 550°С жоғары болса, ол жарылып кетеді. 2 көлем H 2 және 1 көлем O 2 қоспасы жарылғыш газ деп аталады.
3) Қыздырғанда күкіртпен қатты әрекеттеседі (селен және теллурмен әлдеқайда қиын):
H 2 + S → H 2 S (күкіртсутек),
4) Аммиак түзілетін азотпен тек катализаторда және жоғары температура мен қысымда:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3
5) Жоғары температурадағы көміртегімен:
2H 2 + C → CH 4 (метан)
6) Сілтілік және сілтілік жер металдарымен гидридтер түзеді (сутек тотықтырғыш болып табылады):
H 2 + 2Li → 2LiH
металл гидридтерінде сутегі ионы теріс зарядталған (тотығу дәрежесі -1), яғни Na + H гидриді - Na + Cl хлоридіне ұқсас салынған -
Күрделі заттармен:
7) Металл оксидтерімен (металдарды тотықсыздандыру үшін қолданылады):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O
8) көміртегі тотығымен (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Синтез – газдың (сутегі мен көміртек оксидінің қоспасы) практикалық маңызы зор, өйткені температураға, қысымға және катализаторға байланысты әр түрлі органикалық қосылыстар, мысалы, HCHO, CH 3 OH және т.б.
9) Қанықпаған көмірсутектер сутегімен әрекеттеседі, қаныққан болады:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.
Сутегі қарапайым зат Н2 (дигидроген, дипроций, жеңіл сутегі).
Қысқаша сутегі сипаттамасы:
- Металл емес.
- Түссіз газ, сұйылту қиын.
- Суда нашар ериді.
- Ол органикалық еріткіштерде жақсы ериді.
- Металдармен хемосорбция: темір, никель, платина, палладий.
- Күшті қалпына келтіретін агент.
- Бейметалдармен, металдармен, металл оксидтерімен әрекеттеседі (жоғары температурада).
- Н2 термиялық ыдырауынан алынған атомдық сутегі Н0 ең жоғары қалпына келтіру қабілетіне ие.
- Сутегі изотоптары:
- 1 Н - протий
- 2 H - дейтерий (D)
- 3 H - тритий (Т)
- Салыстырмалы молекулалық масса = 2,016
- Қатты сутектің салыстырмалы тығыздығы (t=-260°C) = 0,08667
- Сұйық сутектің салыстырмалы тығыздығы (t=-253°C) = 0,07108
- Артық қысым (но.с.) = 0,08988 г/л
- балқу температурасы = -259,19°С
- қайнау температурасы = -252,87°С
- Сутегінің ерігіштігінің көлемдік коэффициенті:
- (t=0°C) = 2,15;
- (t=20°C) = 1,82;
- (t=60°C) = 1,60;
1. Сутектің термиялық ыдырауы(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0
2. Сутегінің әрекеттесуі бейметалдар:
- H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
- H 2 +Cl 2 = 2HCl (өрткенде немесе бөлме температурасында жарыққа ұшырағанда):
- Cl 2 = 2Cl 0
- Cl 0 +H 2 = HCl+H 0
- H 0 +Cl 2 = HCl+Cl 0
- H 2 +Br 2 = 2HBr (t=350-500°C, платина катализаторы)
- H 2 +I 2 = 2HI (t=350-500°C, платина катализаторы)
- H 2 +O 2 = 2H 2 O:
- H 2 + O 2 = 2OH 0
- OH 0 +H 2 = H 2 O+H 0
- H 0 +O 2 = OH 0 +O 0
- O 0 +H 2 = OH 0 +H 0
- H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
- 3H 2 +N 2 = 2NH 3 (t=500°C, темір катализаторы)
- 2H 2 +C(кокс) = CH 4 (t=600°C, платина катализаторы)
- H 2 +2C(кокс) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
- H 2 +2C(кокс)+N 2 = 2HCN (t 1800°C жоғары)
3. Сутектің әрекеттесуі күрделі заттар:
- 4H 2 +(Fe II Fe 2 III)O 4 = 3Fe+4H 2 O (t 570°C жоғары)
- H 2 +Ag 2 SO 4 = 2Ag+H 2 SO 4 (t 200°C жоғары)
- 4H 2 +2Na 2 SO 4 = Na 2 S + 4H 2 O (t = 550-600°C, катализатор Fe 2 O 3)
- 3H 2 +2BCl 3 = 2B+6HCl (t = 800-1200°C)
- H 2 +2EuCl 3 = 2EuCl 2 +2HCl (t = 270°C)
- 4H 2 +CO 2 = CH 4 +2H 2 O (t = 200°C, CuO 2 катализаторы)
- H 2 +CaC 2 = Ca+C 2 H 2 (t 2200°C жоғары)
- H 2 +BaH 2 = Ba(H 2) 2 (t – 0°C, ерітінді)
4. Сутектің қатысуы тотығу-тотықсыздану реакциялары:
- 2H 0 (Zn, dil. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
- 8H 0 (Al, конс. KOH)+KNO 3 = NH 3 +KOH+2H 2 O
- 2H 0 (Zn, dil. HCl) + EuCl 3 = 2EuCl 2 + 2HCl
- 2H 0 (Al)+NaOH(конс.)+Ag 2 S = 2Ag↓+H 2 O+NaHS
- 2H 0 (Zn, тіл. H 2 SO 4) + C 2 N 2 = 2HCN
Сутегі қосылыстары
D 2 - дидейтерий:
- Ауыр сутегі.
- Түссіз газ, сұйылту қиын.
- Дидейтерий табиғи сутегінің құрамында 0,012-0,016% (салмақ бойынша) болады.
- Дидейтерий мен протийдің газ қоспасында изотоп алмасуы жоғары температурада жүреді.
- Кәдімгі және ауыр суда аз ериді.
- Кәдімгі сумен изотоп алмасуы шамалы.
- Химиялық қасиеттеріжеңіл сутегіге ұқсас, бірақ дидейтерий азырақ реактивті.
- Салыстырмалы молекулалық массасы = 4,028
- Сұйық дидайтерийдің салыстырмалы тығыздығы (t=-253°C) = 0,17
- балқу температурасы = -254,5°С
- қайнау температурасы = -249,49°С
T 2 - дитрий:
- Өте ауыр сутегі.
- Түссіз радиоактивті газ.
- Жартылай шығарылу кезеңі 12,34 жыл.
- Табиғатта дитрит 14 н ядроларды ғарыштық сәулеленуден нейтрондармен бомбалау нәтижесінде түзіледі, табиғи суларда дитриттің іздері табылды.
- Дитрит ядролық реакторда литийді баяу нейтрондармен бомбалау арқылы өндіріледі.
- Салыстырмалы молекулалық массасы = 6,032
- балқу температурасы = -252,52°С
- қайнау температурасы = -248,12°С
HD – дейтерий сутегі:
- Түссіз газ.
- Суда ерімейді.
- Химиялық қасиеттері H2-ге ұқсас.
- Салыстырмалы молекулалық масса = 3,022
- Қатты дейтерий сутегінің салыстырмалы тығыздығы (t=-257°C) = 0,146
- Артық қысым (но.с.) = 0,135 г/л
- балқу температурасы = -256,5°С
- қайнау температурасы = -251,02°С
Сутегі оксидтері
H 2 O - су:
- Түссіз сұйықтық.
- Оттегінің изотоптық құрамы бойынша су H 2 16 O қоспаларымен H 2 18 O және H 2 17 O тұрады.
- Сутектің изотоптық құрамы бойынша су HDO қоспасы бар 1 H 2 O тұрады.
- Сұйық су протолизден өтеді (H 3 O + және OH -):
- H3O+ (оксоний катионы) сулы ерітіндідегі ең күшті қышқыл;
- OH - (гидроксид-ион) сулы ерітіндідегі ең күшті негіз;
- Су ең әлсіз конъюгаттық протолит болып табылады.
- Көптеген заттармен су кристалды гидраттарды түзеді.
- Су – химиялық белсенді зат.
- Су бейорганикалық қосылыстар үшін әмбебап сұйық еріткіш болып табылады.
- Судың салыстырмалы молекулалық салмағы = 18,02
- Қатты судың (мұздың) салыстырмалы тығыздығы (t=0°C) = 0,917
- Сұйық судың салыстырмалы тығыздығы:
- (t=0°C) = 0,999841
- (t=20°C) = 0,998203
- (t=25°C) = 0,997044
- (t=50°C) = 0,97180
- (t=100°C) = 0,95835
- тығыздығы (н.с.) = 0,8652 г/л
- балқу температурасы = 0°С
- қайнау температурасы = 100°С
- Судың иондық өнімі (25°С) = 1,008·10 -14
1. Судың термиялық ыдырауы:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (1000°C жоғары)
D 2 O - дейтерий оксиді:
- Ауыр су.
- Түссіз гигроскопиялық сұйықтық.
- Тұтқырлық суға қарағанда жоғары.
- Шектеусіз мөлшерде қарапайым сумен араласады.
- Изотоптық алмасу жартылай ауыр су HDO түзеді.
- Еріткіштің күші қарапайым суға қарағанда төмен.
- Дейтерий оксидінің химиялық қасиеттері судың химиялық қасиеттеріне ұқсас, бірақ барлық реакциялар баяу жүреді.
- Ауыр су табиғи суда болады (қарапайым суға массалық қатынасы 1:5500).
- Дейтерий оксиді табиғи суды қайталап электролиздеу арқылы алынады, онда электролит қалдығында ауыр су жиналады.
- Ауыр судың салыстырмалы молекулалық салмағы = 20,03
- Сұйық ауыр судың салыстырмалы тығыздығы (t=11,6°C) = 1,1071
- Сұйық ауыр судың салыстырмалы тығыздығы (t=25°C) = 1,1042
- балқу температурасы = 3,813°С
- қайнау температурасы = 101,43°С
T 2 O - тритий оксиді:
- Өте ауыр су.
- Түссіз сұйықтық.
- Кәдімгі және ауыр суға қарағанда тұтқырлығы жоғары және еріту қабілеті төмен.
- Шектеусіз мөлшерде қарапайым және ауыр сумен араласады.
- Кәдімгі және ауыр сумен изотоптық алмасу ХТО, ДТО түзілуіне әкеледі.
- Өте ауыр судың химиялық қасиеттері судың химиялық қасиеттеріне ұқсас, бірақ барлық реакциялар ауыр суға қарағанда баяу жүреді.
- Тритий оксидінің іздері табиғи суда және атмосферада кездеседі.
- Аса ауыр суды тритийді ыстық мыс оксиді CuO үстінен өткізу арқылы алады.
- Өте ауыр судың салыстырмалы молекулалық салмағы = 22,03
- балқу температурасы = 4,5°С
Сутегінің не екенін қарастырайық. Бұл бейметалдың химиялық қасиеттері мен алынуы мектептегі бейорганикалық химия курсында оқытылады. Дәл осы элемент Менделеевтің периодтық кестесін басқарады, сондықтан егжей-тегжейлі сипаттауға лайық.
Элементті ашу туралы қысқаша ақпарат
Сутектің физикалық және химиялық қасиеттерін қарастырмас бұрын, бұл маңызды элементтің қалай табылғанын білейік.
XVI-XVII ғасырларда жұмыс істеген химиктер өз еңбектерінде қышқылдар әсер еткенде бөлінетін жанғыш газды бірнеше рет атап өткен. белсенді металдар. XVIII ғасырдың екінші жартысында Г.Кавендиш бұл газды жинап, талдап, оған «жанғыш газ» деген ат берді.
Ол кезде сутектің физикалық және химиялық қасиеттері зерттелмеген. Тек ХVІІІ ғасырдың соңында А.Лавуазье бұл газды суды талдау арқылы алуға болатынын талдау арқылы анықтай алды. Біраз уақыттан кейін ол жаңа элементті гидроген деп атай бастады, ол аударғанда «суды тудыру» дегенді білдіреді. Сутегі өзінің қазіргі орысша атауы М.Ф. Соловьевке байланысты.
Табиғатта болу
Сутегінің химиялық қасиеттерін оның табиғатта кездесетініне қарай ғана талдауға болады. Бұл элемент гидро- және литосферада бар, сонымен қатар минералдардың құрамына кіреді: табиғи және ілеспе газ, шымтезек, мұнай, көмір, сланец. Сутегінің судың құрамдас бөлігі екенін білмейтін ересек адамды елестету қиын.
Сонымен қатар, бұл бейметал жануарлардың денелерінде нуклеин қышқылдары, ақуыздар, көмірсулар және майлар түрінде кездеседі. Біздің планетада бұл элемент бос күйде өте сирек кездеседі, мүмкін тек табиғи және жанартаулық газда.
Плазма түрінде сутегі жұлдыздар мен Күн массасының шамамен жартысын құрайды, сонымен қатар ол жұлдызаралық газдың бөлігі болып табылады. Мысалы, бос күйінде, сондай-ақ метан мен аммиак түрінде бұл бейметал кометаларда, тіпті кейбір планеталарда болады.
Физикалық қасиеттері
Сутектің химиялық қасиеттерін қарастырмас бұрын, қалыпты жағдайда оның бірнеше изотоптық формалары бар, ауадан жеңіл газ тәрізді зат екенін ескереміз. Ол суда дерлік ерімейді және жоғары жылу өткізгіштікке ие. Массалық саны 1 болатын протий оның ең жеңіл түрі болып саналады. Радиоактивті қасиетке ие тритий табиғатта атмосфералық азоттан нейрондар ультракүлгін сәулелер әсер еткенде түзіледі.
Молекула құрылысының ерекшеліктері
Сутектің химиялық қасиеттерін және оған тән реакцияларды қарастыру үшін оның құрылыс ерекшеліктеріне тоқталайық. Бұл екі атомды молекулада ковалентті полярлы емес химиялық байланыс бар. Атом сутегінің түзілуі белсенді металдардың қышқыл ерітінділерімен әрекеттесуі арқылы мүмкін болады. Бірақ бұл формада бұл бейметал қысқа уақыт ішінде ғана өмір сүре алады, ол бірден молекулалық формаға қайта қосылады;
Химиялық қасиеттері
Сутектің химиялық қасиеттерін қарастырайық. Бұл химиялық элемент түзетін қосылыстардың көпшілігінде ол +1 тотығу дәрежесін көрсетеді, бұл оны белсенді (сілтілік) металдарға ұқсас етеді. Сутектің металл ретінде сипаттайтын негізгі химиялық қасиеттері:
- су түзу үшін оттегімен әрекеттесу;
- галогенсутектің түзілуімен жүретін галогендермен реакция;
- күкіртпен қосылып күкіртті сутегін алу.
Төменде сутегінің химиялық қасиеттерін сипаттайтын реакция теңдеуі берілген. Бейметал ретінде (тотығу дәрежесі -1) тек белсенді металдармен реакцияға түсіп, олармен сәйкес гидридтер түзетінін ескеріңіз.
Кәдімгі температурадағы сутегі басқа заттармен белсенді емес әрекеттеседі, сондықтан реакциялардың көпшілігі алдын ала қыздырғаннан кейін ғана жүреді.
Периодтық кестені басқаратын элементтің кейбір химиялық әрекеттесулерін толығырақ қарастырайық химиялық элементтерМенделеев.
Су түзілу реакциясы 285,937 кДж энергияның бөлінуімен бірге жүреді. Жоғары температурада (550 градустан жоғары) бұл процесс күшті жарылыспен бірге жүреді.
Өнеркәсіпте айтарлықтай қолданыс тапқан сутегі газының химиялық қасиеттерінің ішінде оның металл оксидтерімен әрекеттесуі қызығушылық тудырады. Дәл каталитикалық гидрлеу арқылы қазіргі өнеркәсіпте металл оксидтері өңделеді, мысалы, таза металды темір қақтасынан (аралас темір оксиді) бөліп алады. Бұл әдіс металл сынықтарын тиімді қайта өңдеуге мүмкіндік береді.
Сутегінің ауа азотымен әрекеттесуін қамтитын аммиак синтезі қазіргі химия өнеркәсібінде де сұранысқа ие. Бұл химиялық әрекеттесу шарттарының ішінде қысым мен температураны атап өтеміз.
Қорытынды
Бұл кезде сутегі төмен белсенді химиялық зат болып табылады қалыпты жағдайлар. Температура көтерілген сайын оның белсенділігі айтарлықтай артады. Бұл зат органикалық синтезде сұранысқа ие. Мысалы, гидрлеу кетондарды қайталама спиртке дейін тотықсыздандырып, альдегидтерді бастапқы спиртке айналдыра алады. Сонымен қатар, гидрлеу арқылы этилен және ацетилен класының қанықпаған көмірсутектерін метан қатарының қаныққан қосылыстарына айналдыруға болады. Сутегі заманауи химиялық өндірісте сұранысқа ие қарапайым зат болып саналады.
Сутегінің химиялық және физикалық қасиеттерін қарастыра бастағанда, оның әдеттегі күйінде бұл химиялық элемент газ түрінде болатынын атап өткен жөн. Түссіз сутегі газы иіссіз және дәмсіз. Алғаш рет бұл химиялық элемент ғалым А.Лавуазье сумен тәжірибелер жүргізгендіктен сутегі деп аталды, нәтижесінде әлем ғылымы судың құрамында сутегі бар көп компонентті сұйықтық екенін білді. Бұл оқиға 1787 жылы болды, бірақ осы күннен көп бұрын сутегі ғалымдарға «жанғыш газ» деген атпен белгілі болды.
Табиғаттағы сутегі
Ғалымдардың айтуынша, сутегі жер қыртысында және суда (судың жалпы көлемінің шамамен 11,2%) бар. Бұл газ адамзат ғасырлар бойы жер қойнауынан шығарып келе жатқан көптеген пайдалы қазбалардың бір бөлігі болып табылады. Сутегінің кейбір қасиеттері мұнайға, табиғи газдарға және сазға, жануарлар мен өсімдік ағзаларына тән. Бірақ таза күйінде, яғни периодтық жүйенің басқа химиялық элементтерімен қосылмаған бұл газ табиғатта өте сирек кездеседі. Бұл газ жанартау атқылауы кезінде жер бетіне шығуы мүмкін. Атмосферада бос сутегі шамалы мөлшерде болады.
Сутектің химиялық қасиеттері
Сутектің химиялық қасиеттері гетерогенді болғандықтан, бұл химиялық элемент Менделеев жүйесінің I тобына да, жүйенің VII тобына да жатады. Бірінші топтың мүшесі ретінде сутегі негізінен өзі кездесетін қосылыстардың көпшілігінде +1 тотығу дәрежесіне ие сілтілі металл болып табылады. Дәл осындай валенттілік натрий және басқа сілтілік металдарға тән. Осы химиялық қасиеттеріне байланысты сутегі осы металдарға ұқсас элемент болып саналады.
Егер біз металл гидридтері туралы айтатын болсақ, онда сутегі ионының теріс валенттілігі бар - оның тотығу дәрежесі -1. Na+H- Na+Cl- хлориді сияқты схема бойынша құрастырылған. Бұл факт сутекті периодтық жүйенің VII тобына жатқызуға негіз болып табылады. Кәдімгі ортада болған жағдайда, молекула күйінде болатын сутегі белсенді емес және тек оған белсендірек бейметалдармен қосыла алады. Бұл металдарға жарықтың қатысында фтор жатады, сутегі хлормен біріктіріледі. Егер сутегі қыздырылса, ол белсендірек болады, көптеген элементтермен әрекеттеседі мерзімді кестеМенделеев.
Атом сутегі молекулалық сутегіге қарағанда белсендірек химиялық қасиеттер көрсетеді. Оттегі молекулалары су түзеді - H2 + 1/2O2 = H2O. Сутегі галогендермен әрекеттескенде галогенсутек H2 + Cl2 = 2HCl түзіледі және сутегі бұл реакцияға жарықсыз және жеткілікті жоғары теріс температурада - 252 ° C дейін түседі. Сутектің химиялық қасиеттері оны көптеген металдарды тотықсыздандыру үшін қолдануға мүмкіндік береді, өйткені ол әрекеттескенде сутегі металл оксидтерінен оттегін сіңіреді, мысалы, CuO + H2 = Cu + H2O. Сутегі ZH2 + N2 = 2NH3 реакциясында азотпен әрекеттесе отырып, аммиак түзуге қатысады, бірақ катализаторды қолданып, температура мен қысымды жоғарылату шартымен.
Күшті реакция сутегі күкіртпен H2 + S = H2S реакциясында әрекеттескенде пайда болады, нәтижесінде күкіртсутек пайда болады. Сутектің теллурмен және селенмен әрекеттесуі біршама аз белсенді. Егер катализатор болмаса, онда ол таза көміртекпен, сутегімен тек жоғары температура пайда болған жағдайда ғана әрекеттеседі. 2Н2 + С (аморфты) = СН4 (метан). Сутектің кейбір сілтілермен және басқа металдармен белсенділігі кезінде гидридтер алынады, мысалы, H2 + 2Li = 2LiH.
Сутегінің физикалық қасиеттері
Сутегі өте жеңіл химиялық зат. Кем дегенде, ғалымдар қазіргі уақытта сутегінен жеңіл зат жоқ екенін айтады. Оның массасы ауадан 14,4 есе жеңіл, тығыздығы 0°С температурада 0,0899 г/л. -259,1°С температурада сутегі балқытуға қабілетті – бұл химиялық қосылыстардың көпшілігінің бір күйден екінші күйге ауысуына тән емес өте маңызды температура. Тек гелий сияқты элемент осыған байланысты сутегінің физикалық қасиеттерінен асып түседі. Сутекті сұйылту қиын, өйткені оның критикалық температурасы (-240°С). Сутегі - адамзатқа белгілі ең жылу өткізгіш газ. Жоғарыда сипатталған қасиеттердің барлығы сутегінің адамдар белгілі бір мақсаттарда пайдаланатын ең маңызды физикалық қасиеттері болып табылады. Сондай-ақ, бұл қасиеттер қазіргі ғылым үшін ең өзекті болып табылады.
Сутегі Н - химиялық элемент, біздің ғаламдағы ең көп таралған элементтердің бірі. Заттардың құрамындағы элемент ретінде сутегінің массасы басқа типтегі атомдардың жалпы мазмұнының 75% құрайды. Бұл планетадағы ең маңызды және өмірлік қосылыстың бөлігі - су. Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық жүйесіндегі бірінші элемент болып табылатын сутектің ерекшелігі.
Ашу және барлау
Парацельс жазбаларында сутегі туралы бірінші рет XVI ғасырға жатады. Бірақ оны ауаның газ қоспасынан оқшаулау және жанғыш қасиеттерін зерттеуді XVII ғасырда ғалым Лемери жүргізген. Сутекті ағылшын химигі, физигі және жаратылыстанушы ғалымы жан-жақты зерттеп, сутегінің массасы басқа газдармен салыстырғанда ең аз екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Ғылым дамуының кейінгі кезеңдерінде онымен бірге көптеген ғалымдар жұмыс істеді, атап айтқанда, оны «судың отаны» деп атаған Лавуазье.
PSHE-дегі позиция бойынша сипаттамалар
Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесін ашатын элемент – сутегі. Атомның физикалық және химиялық қасиеттері белгілі екі жақтылықты көрсетеді, өйткені сутегі бір мезгілде бірінші топқа жатады, негізгі топша, егер ол метал сияқты әрекет етсе және химиялық реакция процесінде бір электроннан бас тартса, ал жетіншіге - валенттік қабат толық толтырылған жағдайда, яғни оны ұқсас деп сипаттайтын теріс бөлшекті қабылдаса. галогендерге.
Элементтің электрондық құрылымының ерекшеліктері
Қасиеттер күрделі заттар, оның құрамына кіретін және ең қарапайым зат Н2, ең алдымен сутегінің электрондық конфигурациясымен анықталады. Бөлшектің Z= (-1) бір электроны бар, ол өз орбитасында бірлік массасы және оң заряды (+1) бір протоны бар ядроның айналасында айналады. Оның электрондық конфигурациясы 1s 1 түрінде жазылған, бұл сутегі үшін ең бірінші және жалғыз s-орбитальда бір теріс бөлшектің болуын білдіреді.
Электронды алып тастағанда немесе бас тартқанда және осы элемент атомының металдарға қатысты қасиеті бар болса, катион алынады. Негізінде сутегі ионы оң элементар бөлшек болып табылады. Сондықтан электронсыз сутегі жай протон деп аталады.
Физикалық қасиеттері
Сутекті қысқаша сипаттайтын болсақ, бұл туысы бар түссіз, аз еритін газ атомдық массасы 2-ге тең, ауадан 14,5 есе жеңіл, сұйылту температурасы -252,8 градус Цельсий.
Тәжірибеден сіз H 2 ең жеңіл екенін оңай тексере аласыз. Мұны істеу үшін үш шарды әртүрлі заттармен толтыру жеткілікті - сутегі, көмірқышқыл газы, қарапайым ауа - және оларды бір уақытта қолыңыздан босату. СО 2 толтырылғаны жерге тез жетеді, одан кейін ауа қоспасымен үрленгені төмендейді, ал құрамында H 2 бар төбеге көтеріледі.
Сутегі бөлшектерінің шағын массасы мен мөлшері оның ену қабілетін ақтайды әртүрлі заттар. Бірдей шардың мысалын пайдаланып, оны тексеру оңай, ол бірнеше күннен кейін өздігінен сөнеді, өйткені газ резеңкеден өтеді. Сутегі кейбір металдардың (палладий немесе платина) құрылымында да жиналып, температура көтерілгенде одан булануы мүмкін.
Сутектің төмен ерігіштік қасиеті зертханалық тәжірибеде оны сутекті ығыстыру арқылы оқшаулау үшін қолданылады (төменде көрсетілген кестеде негізгі параметрлер) оның қолданылу аясы мен алу әдістерін анықтау үшін.
| Жай заттың атомының немесе молекуласының параметрі | Мағынасы |
| Атомдық масса (молярлық масса) | 1,008 г/моль |
| Электрондық конфигурация | 1с 1 |
| Кристалды жасуша | Алтыбұрышты |
| Жылу өткізгіштік | (300 К) 0,1815 Вт/(м К) |
| n кезіндегі тығыздық. u. | 0,08987 г/л |
| Қайнау температурасы | -252,76 °C |
| Меншікті жану жылуы | 120,9 10 6 Дж/кг |
| Балқу температурасы | -259,2 °C |
| Суда ерігіштігі | 18,8 мл/л |
Изотопиялық құрамы
Химиялық элементтердің периодтық жүйесінің көптеген басқа өкілдері сияқты сутегінің де бірнеше табиғи изотоптары бар, яғни ядродағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондардың саны әртүрлі атомдар - заряды мен бірлік массасы нөлдік бөлшектер. Қасиеттері ұқсас атомдарға оттегі, көміртек, хлор, бром және басқалары, соның ішінде радиоактивті атомдар мысал бола алады.
Осы топ өкілдерінің ең көп таралғаны 1Н сутегінің физикалық қасиеттері оның аналогтарының бірдей сипаттамаларынан айтарлықтай ерекшеленеді. Атап айтқанда, олардың құрамындағы заттардың сипаттамалары ерекшеленеді. Осылайша, кәдімгі және дейтерленген су бар, оның құрамында бір протоны бар сутегі атомының орнына дейтерий 2 H - оның екі элементар бөлшектері бар изотопы: оң және зарядсыз. Бұл изотоп кәдімгі сутегінен екі есе ауыр, бұл олар құрайтын қосылыстардың қасиеттерінің күрт айырмашылығын түсіндіреді. Табиғатта дейтерий сутегіге қарағанда 3200 есе аз кездеседі. Үшінші өкіл - тритий 3H, оның ядросында екі нейтрон және бір протон бар.
Өндіріс және оқшаулау әдістері
Зертханалық және өндірістік әдістер айтарлықтай ерекшеленеді. Осылайша, газ негізінен минералды заттар қатысатын реакциялар арқылы аз мөлшерде өндіріледі, ал ірі көлемдегі өндіріс. көбірек дәрежедеорганикалық синтез қолданылады.
Зертханада келесі химиялық әрекеттесулер қолданылады:
Өндірістік мақсатта газ келесі әдістермен өндіріледі:
- Метанның катализатор қатысында термиялық ыдырауы оның құрамдас қарапайым заттарына (температура сияқты көрсеткіштің мәні 350 градусқа жетеді) - сутегі Н2 және көміртегі С.
- Қалыптастыру үшін 1000 градус Цельсийде буланған суды кокс арқылы өткізу Көмір қышқыл газы CO 2 және H 2 (ең таралған әдіс).
- Метан газының никель катализаторында 800 градусқа дейінгі температурада түрленуі.
- Сутегі - калий немесе натрий хлоридтерінің сулы ерітінділерінің электролизінен алынатын жанама өнім.
Химиялық әрекеттесулер: жалпы ережелер
Сутектің физикалық қасиеттері оның белгілі бір қосылыспен реакциялық процестердегі әрекетін негізінен түсіндіреді. Сутектің валенттілігі 1-ге тең, өйткені ол периодтық жүйеде бірінші топта орналасқан және тотығу дәрежесі әртүрлі. Гидридтерден басқа барлық қосылыстарда сутегі d.o = (1+), CN, CN 2, CN 3 типті молекулаларда - (1-).
Жалпыланған электрон жұбын құру арқылы түзілген сутегі газының молекуласы екі атомнан тұрады және энергетикалық жағынан айтарлықтай тұрақты, сондықтан қалыпты жағдайда ол біршама инертті және қалыпты жағдайлар өзгерген кезде әрекеттеседі. Басқа заттардың құрамындағы сутектің тотығу дәрежесіне байланысты ол тотықтырғыш ретінде де, тотықсыздандырғыш ретінде де әрекет ете алады.
Сутегі әрекеттесетін және түзілетін заттар
Күрделі заттар түзетін элементтердің өзара әрекеттесуі (көбінесе жоғары температурада):
- Сілтілік және сілтілік жер метал + сутегі = гидрид.
- Галоген + H 2 = галогенсутек.
- Күкірт + сутегі = күкіртсутек.
- Оттегі + H 2 = су.
- Көміртек + сутегі = метан.
- Азот + H 2 = аммиак.
Күрделі заттармен әрекеттесу:
- Көміртек тотығы мен сутектен синтез газын алу.
- Н 2 көмегімен металдарды олардың оксидтерінен қалпына келтіру.
- Қанықпаған алифатты көмірсутектердің сутегімен қанығуы.
Сутектік байланыс
Сутектің физикалық қасиеттері оның электртеріс элементпен үйлескенде жалғыз электрон жұптары бар көршілес молекулалардан (мысалы, оттегі, азот және фтор) бірдей атоммен байланыстың ерекше түрін түзуге мүмкіндік береді. Бұл құбылысты қарастырған дұрыс болатын ең айқын мысал - су. Оны коваленттік немесе иондық байланыстарға қарағанда әлсіз сутектік байланыстармен тігілген деуге болады, бірақ олардың көп болуына байланысты заттың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Негізінде сутегі байланысы су молекулаларын димерлерге және полимерлерге байланыстыратын электростатикалық әрекеттесу болып табылады, бұл оның жоғары қайнау температурасын тудырады.
Минералды қосылыстардағы сутегі
Барлығында протон бар - сутегі сияқты атомның катионы. Қышқылдық қалдығының тотығу дәрежесі (-1)-ден жоғары болатын затты көп негізді қосылыс деп атайды. Оның құрамында бірнеше сутегі атомдары бар, бұл сулы ерітінділердегі диссоциацияны көп сатылы етеді. Әрбір келесі протонды қышқыл қалдығынан шығару қиындай түседі. Ортаның қышқылдығы ортадағы сутегінің сандық мөлшерімен анықталады.
Адам іс-әрекетінде қолданылуы
Заттары бар баллондар, сондай-ақ басқа сұйытылған газдары бар ыдыстар, мысалы, оттегі, арнайы сыртқы түрі. Олар қою жасыл түске боялған, ашық қызыл түспен жазылған «Сутегі» сөзі. Газ цилиндрге шамамен 150 атмосфера қысымымен айдалады. Сутектің физикалық қасиеттері, атап айтқанда, агрегацияның газ күйінің жеңілдігі онымен гелий араласқан шарларды, шарларды және т.б. толтыру үшін қолданылады.
Адамдар көп жылдар бұрын физикалық және химиялық қасиеттерін пайдалануды үйренген сутегі қазіргі уақытта көптеген салаларда қолданылады. Оның негізгі бөлігі аммиак өндірісіне кетеді. Сутегі сондай-ақ (гафний, германий, галлий, кремний, молибден, вольфрам, цирконий және т.б.) оксидтеріне, тотықсыздандырғыш ретінде реакцияға, циандық және тұз қышқылдарына, сондай-ақ жасанды сұйық отынға қатысады. Тағам өнеркәсібіоны өсімдік майын қатты майға айналдыру үшін пайдаланады.
Майларды, көмірлерді, көмірсутектерді, майларды және мазуттарды гидрлеу және гидрлеудің әртүрлі процестерінде сутектің химиялық қасиеттері мен қолданылуы анықталды. Ол оттегі-сутегі жалынының әсерінен асыл тастарды, қыздыру шамдарын, металл бұйымдарын соғу және дәнекерлеу үшін қолданылады.
