Водород. Вода. Пероксид водорода

Водород. Вода. Пероксид водорода Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 1 ВОДОРОД (Н2). История открытия Нydrogène - от др.-греч. вода и рождаю, т.е. «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году, по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Парацельс (лат. Paracelsus) (1493 - 1541 гг., Швейцария) - Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенхайм (или Гогенгейм, или Хоэнхайм) – основоположник иатрохимии*. Fe + H2SO4  Теория флогистона - от греч. φλογιστός — горючий, воспламеняемый «огненная субстанция». *Иатрохимия или ятрохимия, от др.-греч. ἰατρός — врач — врачебная химия (XVI XVII вв). Основная задача иатрохимии — приготовление лекарств. Генри Кавендиш (1731–1810 гг., Великобритания) - английский физик и химик. Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 - 1766 г, «горючий воздух», определил плотность Н2. Антуан Лоран ЛАВУАЗЬЕ (1743 –1794 гг., Франция) – водород – «рождающий воду» Пропускал пары воды через раскалённый оружейный ствол: 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2 Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 2 Элемент Н волновая функция (-функция орбиталь) атома H в стационарном состоянии Радиус Малый радиус, Высокая ЭИ = 13.6 эВ Средняя ОЭО = 2.1 0.21 Å 0.37 Å 1.33 Å (гидрид-ион) Неметалл Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 3 Разнообразие изотопного состава простых веществ: атомарный: H, D, T молекулярный: H2, D2, T2, HD, HT, DT Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 4 Физические свойства Н2 H2 – газ (н.у.), без цвета, запаха и вкуса Самое лёгкое вещество! dтв.=0,08 г/см3, в ~ 14,5 раз легче воздуха  Есв = 435 кДж/моль – прочная молекула  Rсв = 0.74 Å - малый размер  M(H2) = 2 г/моль – малая масса 1. Низкая поляризуемость 2. Слабые дисперсионные силы 3. Низкие Тпл и Ткип 4. Плохая растворимость в полярных растворителях: ~2V(H2) / 100V(H2O) NB: Н2 хорошо растворим в Pd, Ni, Pt, Fe. Например, ~ 700 – 900 V(H2) / 1V(Pd) Особый вид аллотропии Н2 – по спину ядер ~ 25% в с.у. ~ 75% ↓↓ о-Н2 (ортоводород) ↓↑ п-Н2 (параводород) Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 5 Получение Н2 В лаборатории: Зелёный баллон с красной надписью «Водород», с вентилем с «левой» резьбой (горючий газ!) Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) аппарат Киппа 6 Получение Н2 В промышленности: Неполное окисление УВ: Конверсия водяного газа: Электролиз воды: Самый чистый Н2 Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 7 Химические свойства водорода СО (0): атомарный водород - очень активен: 2Н + 0.5 О2  Н2О, аналогично H2S, H3N и др. – идут в с.у. молекулярный Н2 - малоактивен в н.у., т.к. связь Н-Н очень прочная: Н(г) + Н(г) Н2(г), ∆Нх.р. = - 435 кДж/моль На холоду в темноте реагирует только с F2 очень бурно: Н2 + F2 2НF На холоду при свете (h) очень бурно: Н2 + Cl2 2НCl – реакция протекает по радикальному механизму: Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 8 Химические свойства водорода При Т: Н2 химически активен, реагирует с металлами и неметаллами Н2 может быть восстановителем и окислителем ОЭО (Н2) = 2.1 H2 восстановитель: образуются соединения Н+ с элементами с ОЭО > 2.1, т.е. всеми, кроме IA, IIA групп Н2 окислитель: образуются соединения Н(гидриды) с элементами с ОЭО < 2.1, т.е. элементы IA, IIA групп Водород проявляет окислительные свойства, переходя в СО (- I): 2Na + H2 2NaH Ca+H2 2CaH2 CaH2 + H2O  Са(ОН)2+Н2 гидриды неустойчивы в водной среде NaH + AlH3  Na[AlH4] – тетрагидридоалюминат(III) натрия (сильный восстановитель) В гидридах металлов IA, IIA групп (NaH, CaH2) ионный тип связи, они сильные восстановители за счёт ионов НХимия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 9 Химические свойства водорода Водород проявляет восстановительные свойства, переходя в СО (+ I): 2H2(г) + O2(г)  2Н2О(г) + Q↑ - Т ~ 2600С широко используется при - сварке металлов, плавка SiO2 и пр. процесс Габера – получение аммиака в промышленности: 3Н2+N2  2H3N + 91,84 кДж - Т = 500C, р = 350 атм., cat Fe получение чистых металлов, кремния и др.: 3H2+MoO3  3H2O+Mo (W, Ge и др.) Н2+Si[HCl3]  3HCl+Si NB: Н2+В (С, Si…)  не идёт Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 10 Водород в живых системах Н2, т.к. летуч, и Н-, т. к. реагирует с водой, и оба восстановители, в живых системах (водная среда) не встречаются. Водород в организме находится или в виде соединений с другими элементами-органогенами, или в виде катиона Н+. Н+ в живых системах не проявляет окислительных свойств (при pH  7, Е(H2/2H+) = -0.42 В), но активно участвует в ОВР! Элементы-органогены (C, H, O, N, P, S) – составляют основу живых систем в организме человека  = 97.3% . Почему именно эти элементы? 1. Естественный отбор: а) доступность в окружающей среде; б) способность концентрироваться в живых организмах. 2. Свойства: а) многообразие связей  многообразие биомолекул; б) хорошая водорастворимость соединений: в живых организмах ~ 60% H2O  концентрирование. H–C 2000С Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 14 Физические свойства воды Аномалии воды:  Склонность к образованию ассоциатов (Н2О)х  Аномально высокая температура кипения  Максимальная теплоемкость среди жидкостей ~ 1Кал/(мольград)  dльда< dжидкости  Vльда> Vжидкости Структура льда. Известно более 14-ти модификаций Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 15 Физические свойства воды Н2О – стандарт:  Шкала Цельсия: Тпл (Н2О) = 0˚С, Тк (Н2О) = 100˚С – линейное изменение температуры при P = 1 атм.  Эталон массы: при T = 4˚С и P = 1 атм. V(Н2О) = 1 л, m (Н2О) = 1 кг, т.к. d(H2O)4˚С = 1 г/мл (max), далее при Т, d(H2O)  Единица работы и энергии: теплота для нагревания 1г Н2О на 1 К при 1 атм. = 1 Кал (4.184Дж) Н2О - самое распространённое вещество на Земле (~ 2·1018 т)! Некоторые изотопные разновидности воды и их свойства: Вода бывает разная! Нерадиоактивная: Н216O − лёгкая вода, или просто вода Н217O Н218O − тяжёлокислородная вода HD16O − полутяжёлая вода HD17O HD18O D216O − тяжёлая вода (торможение нейтронов в ядерных реакторах) D217O D218O Слаборадиоактивная: T216O — сверхтяжёлая вода T217O T218O DT16O DT17O DT18O HT16O HT17O HT18O По степени чистоты: Дистиллированная вода – очищенная от примесей методом перегонки (дистилляции), pH = 5.2 – 6.8 Апирогенная вода - вода для инъекций – не содержит веществ бактериального происхождения - пирогенов – бидистиллят, срок годности 24 ч. Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 16 Химические свойства Н2O Н2О – химически активное вещество: 2 неподлённые пары е¯ у кислорода + полярная молекула Легко образует гидраты и аквакомплексы: Na2CO3·10H2O, Xe·6H2O, квасцы («сухой лёд»), [Cu(H2O)4]SO4·H2O, [Co(H2O)6]Cl2, [Al(H2O)6]3+ и др. KAl(SO4)2 · 12H2O алюмокалиевые квасцы Взаимодействует с основными и кислотными оксидами: СаО + Н2О = Са(ОН)2+ Q Р4О10 + 6Н2О = 4Н3РО4 Может быть кислотой и основанием: KCr(SO4)2 · 12H2O хромокалиевые квасцы алюмокалиевые + хромокалиевые Получение и применение Н2О: ИЗУЧИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО!  Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 17 Пероксид водорода Н2O2 В парах В твёрдом состоянии Физические свойства: Полярная жидкость, сильные водородные связи ТД неустойчива, разлагается на свету (h): Получение: Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 18 Химические свойства Н2О2 Н2О2 – химически активное вещество Раствор Н2О2 – слабая кислота: гидропероксид-ион гидроксоний Н2О2(к-та)+Ba(OH)2(осн-е) ВаО2(соль)+2Н2О Na Na O O Ba O O H O SO2 O O SO2 OH H O O Н2S2O8 Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) H O S O O Н2SO5 19 Химические свойства Н2О2 Окислительно-восстановительные свойства Н2О2: - обнаружение H2O2 (кач. реакция) Сильный окислитель, но может быть и восстановителем Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 20 Применение Н2О2 - окислительная способность и безвредность образующихся продуктов  О2 – противомикробное, дезодорирующее, депигментирующее действие;  пена – удаление частиц тканевого распада, очищение ран  отбеливание тканей  дезинфицирующее и обеззараживающее средство  протрава семян  консервирование продуктов  получение пористых материалов Готовые формы H2O2:  3 % раствор - фармакопейный  30 % раствор - пергидроль темная стеклянная тара!  таблетки CO(NH2)2H2O2 - гидроперит Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 21 ЛИТЕРАТУРА ПО ХИМИИ ЭЛЕМЕНТОВ 1. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. М.: В.Ш., 2001, 2003, 743с. 2. А.К. Молодкин. Химия элементов IA – VIIIA групп. М.: Изд-во РУДН, 2005, 175с. 3. А.К. Молодкин, Н.Я. Есина, Н.У. Венсковский. Химия переходных элементов. М.: Изд-во РУДН, 2007, 368с. 4. Я.А. Угай. Общая и неорганическая химия. М.: В.Ш., 2000, 2004, 528с. Химия элементов. Водород. Вода. Перекись водорода. (МФ-1) 22