Najdôležitejšou a najrozšírenejšou látkou na našej planéte je, samozrejme, voda. Čo sa s tým dá porovnať v dôležitosti? Je známe, že život na Zemi bol možný až s príchodom kvapaliny. Čo je voda (oxid vodíka) z chemického hľadiska? Z čoho sa skladá a aké má vlastnosti? Pokúsme sa porozumieť tomuto článku.
Vodík a jeho zlúčeniny
Najľahším atómom v celej periodickej tabuľke je vodík. Zaberá tiež dvojitú polohu, nachádza sa ako v podskupine halogénov, tak v prvej skupine alkalických kovov. Čo vysvetľuje takéto vlastnosti? Elektrónová štruktúra obalu jeho atómu. Má iba jeden elektrón, ktorý môže voľne opustiť a pripojiť ďalší k sebe, čím vytvorí pár a dokončí vonkajšiu úroveň.
Preto sú hlavné a jediné oxidačné stavy tohto prvku +1 a -1. Ľahko reaguje s kovmi a vytvára hydridy - pevné neprchavé zlúčeniny podobné soli bielej farby.
Vodík však tiež ľahko vytvára prchavé molekuly látok, ktoré interagujú s nekovmi. Napríklad:
- sírovodík H2S;
- metánCH4;
- silane SiH4 a ďalšie.
Vo všeobecnosti vodík tvorí pomerne veľa zlúčenín. Najdôležitejšou látkou, v ktorej je obsiahnutý, je však oxid vodíka, ktorého vzorec je H2O. Ide o najznámejšiu zlúčeninu, ktorú podľa vzorca spozná aj žiak základnej školy, ktorý sa v chémii ešte nevyzná. Veď voda (a to je najvyšší oxid vodíka) nie je len bežnou látkou, ale aj zdrojom života na našej planéte.
Samotný názov prvku odráža jeho hlavnú podstatu – vodík, teda „zrodenie vody“. Ako každý iný oxid, aj tento je binárna zlúčenina s množstvom fyzikálnych a chemických vlastností. Okrem toho existujú špeciálne vlastnosti, ktoré odlišujú vodu od všetkých ostatných zlúčenín.
Dôležitou triedou zlúčenín, ktoré tvoria vodík, sú kyseliny, organické aj minerálne.
Chemické vlastnosti vodíka
Z hľadiska chemickej aktivity je vodík pomerne silné redukčné činidlo. V mnohých reakciách vykazuje práve takéto vlastnosti. Pri interakcii s ešte silnejšími kovmi sa však stáva oxidačným činidlom.
V priemysle je veľmi dôležitá interakcia vodíka s oxidmi kovov. Koniec koncov, toto je jeden zo spôsobov, ako získať ten druhý v najčistejšej podobe. Hydrogentermia je metalurgická metóda na syntézu čistých kovov z ich oxidov redukciou vodíkom.
Reakcia vodíka s oxidom má nasledujúcu všeobecnú formu:JaxOy + H2=H2O + ja.
Samozrejme, toto nie je jediný spôsob, ako syntetizovať čisté kovy. Sú aj iní. Redukcia oxidov vodíkom je však energeticky pomerne ziskový a nekomplikovaný výrobný proces, ktorý našiel široké uplatnenie.
Zaujímavý je aj fakt, že po zmiešaní so vzduchom môže plynný vodík vytvoriť vysoko výbušnú zmes. Jeho názov je výbušný plyn. Aby ste to dosiahli, miešanie by sa malo vykonávať rýchlosťou dvoch objemov vodíka na jeden kyslík.
Voda je oxid vodíka
To, že je tento oxid veľmi dôležitý, sme už viackrát spomínali. Teraz si to poďme charakterizovať z hľadiska chémie. Patrí táto zlúčenina skutočne do tejto triedy anorganických látok?
Na to sa pokúsi napísať vzorec trochu inak: H2O=HON. Podstata je rovnaká, počet atómov je rovnaký, ale teraz je zrejmé, že máme pred sebou hydroxid. Aké vlastnosti by mal mať? Zvážte disociáciu zlúčeniny:
NON=H+ + OH-.
V dôsledku toho sú vlastnosti kyslé, pretože v roztoku sú prítomné katióny vodíka. Navyše nemôžu byť zásadité, pretože alkálie tvoria iba kovy.
Preto iný názov, ktorý má oxid vodíka, je kyselina s najjednoduchším zložením obsahujúca kyslík. Pretože takéto komplexné prepojenia sú charakteristické pre danú molekulu, jej vlastnosti budú špeciálne. A vlastnosti sú odpudzované odštruktúru molekuly, preto ju analyzujeme.
Štruktúra molekuly vody
Niels Bohr prvýkrát premýšľal o tomto modeli a jemu patrí prvenstvo a autorstvo v tejto veci. Nainštalovali nasledujúce vlastnosti.
- Molekula vody je dipól, pretože prvky, ktoré ju tvoria, sa značne líšia v elektronegativite.
- Jeho trojuholníkový tvar, vodíky na základni a kyslík navrchu.
- Vďaka tejto štruktúre je táto látka schopná vytvárať vodíkové väzby, a to ako medzi molekulami s rovnakým názvom, tak aj s inými zlúčeninami, ktoré majú vo svojom zložení silne elektronegatívny prvok.
Pozrite sa, ako príslušný oxid vodíka schematicky vyzerá na fotografii nižšie.
Fyzikálne vlastnosti oxidu vodíka
Je možné identifikovať niekoľko hlavných charakteristík.
- Stav agregácie: plynný - para, kvapalina, tuhá látka - sneh, ľad.
- Bod varu – 1000C (99, 974).
- Teplota topenia - 00C.
- Voda je schopná sa zmršťovať pri zahrievaní v teplotnom rozsahu 0-40C. To vysvetľuje tvorbu ľadu na povrchu, ktorý má nižšiu hustotu a zachovanie života pod hrúbkou oxidu vodíka.
- Vysoká tepelná kapacita, ale veľmi nízka tepelná vodivosť.
- V kvapalnom stave vykazuje oxid vodíka viskozitu.
- Povrchové napätie a tvorba negatívuelektrický potenciál na vodnej hladine.
Ako sme uviedli vyššie, vlastnosti vlastností závisia od štruktúry. Takže tu. Schopnosť vytvárať vodíkové väzby viedla k podobným vlastnostiam v tejto zlúčenine.
Oxid vodíka: chemické vlastnosti
Z hľadiska chémie je aktivita vody pomerne vysoká. Najmä pokiaľ ide o reakcie sprevádzané zahrievaním. S čím môže oxid vodíka reagovať?
- S kovmi, ktoré v sérii napätí dosahujú až vodík. Zároveň pri tých najaktívnejších (až po hliník) nie sú potrebné špeciálne podmienky a tie s nižšou redukčnou schopnosťou reagujú len s parou. Tie, ktoré stoja za vodíkom, nie sú vôbec schopné vstúpiť do takýchto interakcií.
- S nekovmi. Nie so všetkými, ale s väčšinou. Napríklad v atmosfére fluóru voda horí fialovým plameňom. Reakcia je možná aj s chlórom, uhlíkom, kremíkom a inými atómami.
- S oxidmi kovov (základnými) a kyslými (nekovy). Vznikajú zásady a kyseliny, resp. Spomedzi kovov sú zástupcovia prvých dvoch skupín hlavných podskupín schopní takýchto reakcií, s výnimkou horčíka a berýlia. Všetky nekovy, ktoré tvoria kyslé oxidy, interagujú s vodou. Výnimkou je riečny piesok - SiO2.
Reakčná rovnica pre oxid vodíka je ako príklad: SO3 + H2O=H2 SO4.
Šírené v prírode
Už sme zistili, že táto látka -najrozšírenejší na svete. Označme percento v objektoch.
- Približne 70 % telesnej hmotnosti ľudí a cicavcov. Niektorá fauna obsahuje asi 98 % oxidu vodíka (medúzy).
- 71 % Zeme je pokrytých vodou.
- Najväčšiu hmotnosť tvorí voda oceánov.
- Asi 2% sa nachádzajú v ľadovcoch.
- 0, 63 % pod zemou.
- 0,001 % je atmosférický (hmla).
- Telo rastlín tvorí z 50 % voda, niektoré druhy ešte viac.
- Mnohé zlúčeniny sa vyskytujú ako kryštalické hydráty obsahujúce viazanú vodu.
V tomto zozname by sa dalo pokračovať ešte dlho, pretože je ťažké zapamätať si niečo, čo neobsahuje alebo kedysi neobsahovalo vodu. Alebo vytvorené bez účasti tohto oxidu.
Spôsoby získania
Získanie oxidu vodíka nemá žiadnu priemyselnú hodnotu. Koniec koncov, je jednoduchšie použiť hotové zdroje - rieky, jazerá a iné vodné plochy, ako minúť obrovské množstvo energie a činidiel. Preto je v laboratóriu vhodné získať iba destilovanú, vysoko čistú vodu.
Na tieto účely sa používajú určité zariadenia, ako napríklad destilačné kocky. Takáto voda je potrebná na uskutočnenie mnohých chemických interakcií, keďže neupravená voda obsahuje veľké množstvo nečistôt, solí, iónov.
Biologická úloha
Povedať, že voda sa používa všade, je podhodnotenie. Je nemysliteľné predstaviť si svoj život bez tohto spojenia. Zráno a až do súmraku ho človek neustále používa na domáce aj priemyselné účely.
Vlastnosti oxidu vodíka znamenajú jeho použitie ako univerzálneho rozpúšťadla. A nielen v laboratóriu. Ale aj v živých bytostiach, kde každú sekundu prebiehajú tisíce biochemických reakcií.
Voda samotná je tiež účastníkom mnohých syntéz, slúži aj ako vedľajší produkt, ktorý je ich výsledkom. Každý človek na Zemi prejde za 60 rokov asi 50 tonami tejto úžasnej látky!
Použitý oxid vodíka:
- vo všetkých odvetviach;
- medicína;
- chemické syntézy;
- vo všetkých typoch odvetví;
- domáce potreby;
- poľnohospodárstvo.
Je ťažké definovať oblasť života, v ktorej sa zaobídete bez vody. Jediné živé bytosti, ktoré nemajú vo svojom zložení oxid vodíka a žijú bez neho, sú vírusy. Preto je pre človeka ťažké bojovať s týmito organizmami.
