Водень. Галоґени. Халькоґени

Лекція 1

Тема: Водень. Галоґени. Халькоґени

1. Водень: способи добування, властивості, застосування.
2. Галоґени: способи добування, властивості, застосування.
3. Халькоґени:

3.1 Кисень – способи добування, властивості, сполуки, застосування;

3.2 Сульфур – способи добування, властивості, сполуки, застосування;

3.3 Селен, телур, полоній – способи добування, властивості,

                        застосування.

1. Водень – безбарвний газ, без запаху, найбільш легкий серед всіх газів, мало розчинний у воді. Вміст водню у земній атмосфері 1 мас. %. Джерелом водню на земній поверхні є діючі вулкани, гази, які супроводжують нафту.

Методи добування. В промисловості водень добувають з природного газу (метану) під час нагрівання до 1000 оС в присутності каталізатора:

СН4 + Н2O → СО + 3Н2 

2СН4 + О2 → 2СО + 4Н2 (киснева конверсія метану), після чого проводять конверсію СО:

CO + H2O → CO2 + H2.

 Водень високої чистоти одержують електролізом води.

У лабораторних умовах водень отримують за реакцією:

Zn + H2SO4 (p) (2HCl) = ZnSO4 (ZnCl2) + H2

        Хімічні властивості.

Гідроґен має унікальні властивості, які дозволяють розміщувати його в І А і VII A підгрупах періодичної системи елементів. Відповідно до електронної конфігурації атома Н 1s1, Гідроґен може віддавати і приєднувати електрон, тобто поводиться як лужні метали і галоґени:

2H2 + O2 → 2H2O

     відновник

H2 + 2Na → 2NaH

    окисник

Крім того, з елементами підгрупи VІІ А його зв’язує газоподібний стан, двоатомність (Н2 і Сl2) , ковалентність зв’язку у молекулі, неелектропровідність у газоподібному, рідкому і твердому стані, а також подібність гідридів з галоґнідами.

Водень розчиняється у металах, особливо у Pd, Ni, Рt. При цьому відбувається розклад молекул Н2 на атоми та йонізація останніх. У результаті утворюються тверді фази з металевою провідністю, які містять Н+. Ця особливість водню використовується для виготовлення каталізаторів (нікель Ренея і т.п.).

Гідроґен (утворюється при тихому електричному розряді) має велику хімічну активність і в звичайних умовах сполучається з О2, N2, As, P, S, наприклад:

As(k) + 3H(г) → AsH3 (г)

Гідроґен має три ізотопи:

 [pic 1] ,        [pic 2] , [pic 3] – протій, дейтерій і тритій (останній одержано штучно).

У природній воді вміст дейтерію становить 0,02%. Вперше добутий у значній кількості у вигляді важкої води D2О електролізом природної води.

D2О – важка вода, має т.пл. 3,82°С, т.кип. 101,42°С, ρ = 1,105 г\см3 (при 20°С), тобто відрізняється від Н2О фізико-хімічними властивостями, розчинністю солей, константою дисоціації та ін.

Сполуки Гідроґену. Можна розділити на три великі групи: а) солеподібні гідриди активних металів: LiН, СаН2 та ін.; б) ковалентні водневі сполуки р-елементів: В2Н6 , NН3 , Н2O, HF та ін.; в) металоподібні фази, утворені d- i f- елементами, які часто відносять до бертолідів типу ТіН1-2 .

Відомі і комплексні гідриди: Li[AlH4], Li[BH4], Na[BH4].

У межах кожної підгрупи елементів зверху донизу міцність водневих сполук слабшає, а у межах кожного періоду міцність їх зростає, як і кислотність.

Застосування. Водень використовується як відновник для одержання деяких металів: