W układzie okresowym Mendelejewa pod numerem 1 znajduje się najpopularniejszy pierwiastek we wszechświecie - wodór. Jego rozkład w ujęciu procentowym zbliża się do 75%. Najniższą jego zawartość odnotowuje się w warstwach atmosfery - 0,0001%. Skorupa ziemska zawiera 1% masy gazu. Największą jego ilość obserwuje się w wodzie: 12%. Na naszej planecie jest trzecim najczęściej występującym pierwiastkiem chemicznym.
Opis przedmiotu
Cząsteczka wodoru, której wzór to H-H lub H2, ma właściwości fizyczne i chemiczne.
Wodór to gaz, który nie ma koloru ani zapachu. Umiejscowienie wodoru w tabeli na 1. miejscu wynika z faktu, że w różnych warunkach pierwiastek ten może objawiać się jako metal lub jako gaz. Ma 1 elektron na swoim zewnętrznym orbicie, który wodór może przekazać (właściwości metaliczne) lub przyjąć jeszcze jeden (właściwości gazu).
Średnica cząsteczki wodoru wynosi 27 nm.
Średnica atomu wodoru wynosi 1A, promień 0,41A.
Właściwości
Fizyczne obejmuje następujące elementy:
- Punkt wrzenia– 256oS.
- Temperatura topnienia -259.2oC.
- Masa powietrza (D) - 0,069.
- Wodór jest słabo rozpuszczalny w wodzie.
Właściwości chemiczne to:
- Wiązanie niepolarne między cząsteczkami cząsteczki ma energię 436 kJ/mol.
- Temperatura dysocjacji termicznej wynosi 2000oC.
- Reaguje z:
- halogeny;
- tlen;
- szary;
- azot;
- tlenek azotu;
- metale aktywne.
W naturze wodór występuje zarówno w postaci naturalnej, jak i w postaci izotopów: protu, deuteru i trytu.
Struktura cząsteczki
Cząsteczka pierwiastka ma prostą strukturę. Skład cząsteczki wodoru jest reprezentowany przez dwa atomy, które zbliżając się, tworzą kowalencyjne wiązanie niepolarne, a także jedną parę elektronów. Struktura jednego atomu to: 1 dodatnio naładowane jądro, wokół którego porusza się 1 ujemnie naładowany elektron. Ten elektron znajduje się na orbicie 1s.
H - 1e=H+ ten jon wodorowy jest dodatni.
To wyrażenie wskazuje, że wodór ma parametry podobne do pierwiastków grupy 1 w układzie okresowym, które są metalami alkalicznymi (lit, sód, potas) przekazującymi swój jedyny elektron na orbicie zewnętrznej.
H + 1e=H– ujemny jon wodorowy.
To równanie pokazuje, że wodór jest powiązany z podobnymi pierwiastkami z 7. grupy, które są gazem i są w stanie przyjąć brakujące elektronyna jej zewnętrzny poziom elektroniczny. Gazy te obejmują: fluor, chlor, brom itp.
Skład cząsteczki wodoru przedstawiono graficznie poniżej.
Odległość między atomami wodoru wynosi r=0,74 A, podczas gdy suma promieni orbity wynosi 1,06 A. Wpływa to na głębokość nakładania się chmury elektronowej i silne, stabilne wiązanie wodorowe.
Atom wodoru jest najbardziej elementarnym atomem w przyrodzie. Wielkość atomowego protonu to 10,5 A, a średnica jednego atomu to 0,1 nm.
Cząsteczki izotopowe mają specjalną strukturę. Jądro atomowe protium składa się tylko z jednego protonu. Izotop jest oznaczony: 1Н.
Struktura jądrowa wygląda jak kompleks protonu i neutronu (2H).
3Н - tryt - w swojej strukturze atomowej posiada jądro z 1 protonem i dwoma neutronami.
Msza
W nauce istnieją wzory, które obliczają masę cząsteczki wodoru. W stosunku do pierwiastka określ masę cząsteczkową i atomową.
Masa molowa cząsteczki wodoru jest obliczana według ogólnego wzoru:
M=m / n, gdzie m to masa substancji, n to jej ilość.
Masa atomu wynosi 1.008 amu. W konsekwencji względna masa cząsteczki będzie również równa 1.008. Ponieważ cząsteczka wodoru składa się z dwóch atomów, względna masa atomowa wynosi 2.016 a.u. m. Masa cząsteczki wodoru jest wyrażona w gramach na mol (g/mol).
Wartość wnatura
Najważniejszą substancją w przyrodzie, która w połączeniu z tlenem tworzy wodór, jest woda. Woda jest źródłem życia, więc wodór jest niezbędnym pierwiastkiem.
100% wszystkich pierwiastków chemicznych tworzących środowisko organizmu, 1/10 części, czyli 10%, to wodór. Oprócz wody jest w stanie utrzymać czwartorzędową strukturę białka, co jest możliwe dzięki wiązaniu wodorowym.
Zasada komplementarności kwasów nukleinowych występuje również przy działaniu cząsteczki wodoru. W komórce roślinnej H bierze udział w procesie fotosyntezy, biosyntezy oraz w przekazywaniu energii kanałami błonowymi.
Aplikacja
W przemyśle chemicznym wodór jest szeroko stosowany. Jest dodawany w produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych, w produkcji mydła, a także w produkcji amoniaku i mentolu.
Przemysł spożywczy: w produkcji żywności wodór jest dodawany jako dodatek do żywności E949. Taki składnik można zobaczyć na opakowaniach margaryny, olejów roślinnych. Dodatek E949 jest dopuszczony przez przemysł spożywczy Federacji Rosyjskiej.
Wodór był kiedyś również używany w przemyśle lotniczym, ponieważ substancja jest lżejsza od powietrza. Tak więc w latach 30. ubiegłego wieku balony i sterowce były napełniane tego rodzaju gazem. Pomimo swojej taniości i łatwości użytkowania, wodór został wkrótce porzucony jako wypełniacz, ponieważ wybuchy samolotów stały się częstsze.
Dziś gaz jest używany jakopaliwo stosowane w przemyśle kosmicznym. Rozważane są jednak sposoby wykorzystania go do eksploatacji silników samochodów osobowych i ciężarowych, gdyż element ten podczas spalania nie emituje do atmosfery szkodliwych zanieczyszczeń, a tym samym jest przyjazny dla środowiska.
Izotopy wodoru są integralnym składnikiem wielu leków. Deuter jest używany w badaniach farmakologicznych w celu określenia zachowania i działania leku na organizm. Tryt wykorzystywany jest w radiodiagnostyce jako pierwiastek determinujący reakcje biochemiczne metabolizmu enzymów. Wodór jest częścią nadtlenku, który jest środkiem dezynfekującym.
