Соединения водорода вода пероксид водорода

ВОДОРОД, ВОДА. ПЕРОКСИД ВОДОРОДА

Теоретические сведения

Водород. Относится к элементам – органогенам, входит в состав живых систем. В организме человека содержится 9,7 (масс.) % водорода. Содержится в земной коре (1 %), атмосфере. Электронная конфигурация: ₁Н 1s 1

В Периодической Системе Д.И.Менделеева водород располагается в первой (со щелочными металлами) и седьмой (с галогенами) группах, главных подгруппах, так как, имея один электрон, может и отдавать его, проявляя восстановительную способность (NH₃, H₂O), и принимать один электрон до устойчивой конфигурации 1s 2 , проявляя свойства окислителя (NaH, CaH₂ – гидриды). Электронное семейство: s-элемент. Характерные степени окисления +1, 0, -1.

Уникальность атома водорода заключается в том, что его единственный валентный электрон находится непосредственно в поле ядра атома и не экранируется другими электронами, что обеспечивает ему специфические свойства.

Получение водорода:

1. В лаборатории водород может быть получен взаимодействием активных металлов с водой или металлов, стоящих в ряду электрохимических потенциалов до водорода, с кислотами:

2. В промышленности водород получают

– из природного газа по реакции:

(с катализатором Ni и температурой 1200 К)

Cвойства водорода. Молекула водорода двухатомна – Н₂. Энергия связи (Е_св.) Н-Н составляет 436 кДж/моль), поэтому атомарный водород реакционноспособнее, чем молекулярный. Водород – газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность – r_{273 К} = 0,08988 г/дм 3 ; Т_кип. = -252,72 0 С.

Вследствие неполярности молекулы и большой прочности при нормальных условиях молекулярный водород непосредственно активно взаимодействует только с фтором, а при действии света – с хлором и бромом. Большинство реакций с участием водорода протекает при высоких температурах, давлении и/или в присутствии катализатора.

В химических реакциях водород проявляет себя восстановителем, взаимодействуя с неметаллами и оксидами металлов и окислителем при взаимодействии с активными металлами.

Особо энергичным восстановителем является атомарный водород.

Характерный хлопок при внесении пробирки, заполненной водородом в пламя горелки – классическая качественная реакция на этот газ. При использовании больших объёмов водорода лёгкий хлопок превращается в мощный взрыв – реакция протекает по радикальному цепному механизму с разветвлением:

При потере электрона образуется протон – Н + , существующий лишь в вакууме. В водных растворах образуется ион гидроксония Н +·· ·Н₂О или Н₃О + (более корректно – протон окружён четырьмя молекулами воды – Н₉О₄ + ).

Проявляя восстановительные свойства с активными металлами, водород образует гидриды: со щелочными металлами – солеобразные (LiH), с менее активными металлами – полимерные (AlH₃)_n, с d– и f–элементами металлоподобные гидриды – соединения нестехиометрического состава с металлическим типом связи.

Солеобразные (с преимущественно ионным типом связи) гидриды похожи на соединения металлов с галогенами. Это твёрдые кристаллические вещества с высокими температурами плавления, не проводящие электрический ток. Наличие гидрид – иона Н – подтверждается выделением водорода на аноде при электролизе расплавов гидридов. В водных растворах гидридов протекает полный гидролиз с выделением водорода (высокая восстановительная активность которого в момент выделения используется в металлургии для снятия окалины с листов проката):

Металлоподобные гидриды – твёрдые хрупкие вещества с металлическим блеском и значительной электрической проводимостью.

C неметаллами водород образует бинарные соединения ковалентного типа с разной степенью полярности связи. Многие из них газообразны. Бинарные соединения водорода с галогенами в водных растворах проявляют свойства сильных кислот – HCl, HBr, HI. Бинарные соединения с халькогенами в водных растворах проявляют свойства слабых кислот – H₂S, H₂Se, H₂Te.

Известны комплексные гидриды: Li[BH₄], Al[BH₄]_3.

Бинарным соединениям водорода с сильно электроотрицательными элементами присущ межмолекулярный тип взаимодействия – водородная связь, которая образуется между атомами водорода одной молекулы и электроотрицательными атомами другой и изменяет свойства и реакционную способность многих соединений. Так, фтороводород не проявляет в водных растворах свойств сильной кислоты, формируя равновесную систему:

HF + H₂O ↔ H₃O + + F — , K_a = 7,2·10 -4

F – + HF ↔ HF 2- .

Фтористый водород и его водный раствор – плавиковая кислота разрушают кварц и стекло в результате образования газообразного фторида кремния SiF₄:

Водород используется для промышленного синтеза аммиака, хлороводорода, спиртов, альдегидов, кетонов; для гидрогенизации твёрдого и жидкого топлива, жиров; для очистки продуктов переработки нефти; при сварке и резке металлов кислородно-водородным пламенем (≈2800 0 С), при атомарно-водородной сварке (≈4000 0 С); в металлургии для восстановления металлов; изотопы водорода – дейтерий и тритий – используются в атомной энергетике.

Вода. Одно из важнейших химических соединений Природы – Н₂О. Она является главной составной частью живого организма и универсальной средой для протекания биохимических процессов. Вода, особенности которой определяются её составом и строением, является уникальным ионизирующим растворителем.

Молекула воды имеет тетраэдрическую структуру. Две вершины тетраэдра заняты атомами водорода, связанными с двумя неспаренными электронами атома кислорода ковалентными связями, две другие – вакантны и способны к донорно-акцепторному взаимодействию (рис.1).

₈О 1s 2 , 2s 2 ,2p 4 n=2 ­¯ ­¯ ­ ­ О

H 104,5 0 H

s p

Рис.1. Строение молекул воды.

Молекула воды полярна, дипольный момент её равен 1,86 Д. Полярность молекул воды обеспечивает диссоциацию веществ с ионным и полярным ковалентным типом связи.

Другим важнейшим свойством молекул воды является их способность образовывать между собой водородные связи. Так, в структуре льда реализованы межмолекулярные водородные связи за счёт электростатического и донорно-акцепторного взаимодействия. Каждая молекула воды образует связи с четырьмя другими (координационное число молекулы воды в структуре льда равно четырём) (рис.2).

о

О

О

НО

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Водород

Водород (лат. hydrogenium = греч. ὕδωρ — вода + γεννάω — рождаю) — самый легкий химический элемент, при обычных условиях — газ без цвета, запаха и вкуса. В соединении с кислородом образует воду.

Водород — самый распространенный элемент Вселенной, входит в состав всего живого и небесных тел (73% массы Солнца).

Степени окисления

Проявляет степени окисления: -1, 0, +1.

Получение

В промышленности водород получают различными методами:

Конверсия с водяным паром при t = 1000 °C

Методом газификации угля, торфа, сланца

Электролизом водных растворов щелочей

Каталитическим окислением кислородом (неполное окисление)

Лабораторные методы традиционно отличаются от промышленных своей простотой. В лаборатории водород получают:

Вытеснением водорода из кислот

Взаимодействием активных металлов с водой

Реакцией цинка или алюминия с раствором щелочи

Химические свойства

В реакциях водород проявляет себя как восстановитель и окислитель. Как восстановитель реагирует с элементами, электроотрицательность которых выше, чем у водорода:

Как восстановитель реагирует с кислородом, галогенами, азотом, серой, оксидами металлов. При комнатной температуре из перечисленных реакция идет только со фтором.

H₂ + F₂ → HF (со взрывом в темноте)

H₂ + Cl₂ → (t) HCl (со взрывом только на свету)

Na + H₂ → NaH (гидрид натрия)

Химические свойства:

Реакция с металлами

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют водород из воды.

Реакции с основными и кислотными оксидами

Реагирует с основными оксидами — с образованием оснований (реакция идет, если основание растворимо), и с кислотными оксидами — с образованием соответствующих кислот. Не забывайте сохранять степени окисления!

Отмечу здесь реакцию двойного гидролиза, которая заключается в гидролизе одной соли по катиону (CrBr₃), а другой — по аниону (Na₂CO₃).

Реакция с гидридами активных металлов

Реакции с C, CO, CH₄

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO (соляная и хлорноватистая кислоты — без нагревания)

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO₃ (соляная и хлорноватая кислоты — при нагревании)

Кристаллогидраты

Кристаллогидраты — кристаллические соединения, содержащие молекулы воды как самостоятельные структурные единицы. Вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется кристаллической. Примеры: CaSO₄*2H₂O, Na₂SO₄*10H₂O.

При нагревании кристаллогидраты теряют воду. Одним из наиболее известных кристаллогидратов является медный купорос: CuSO₄*5H₂O. Медный купорос имеет характерный голубой цвет, а безводный сульфат меди — белый.

В задачах бывает дана масса медного купороса. Надо помнить о том, что часто в реакции не участвует кристаллическая вода. В таком случае следует вычесть кристаллизационную воду и найти массу безводного сульфата калия.

Пероксид водорода

Представляет собой бесцветную жидкость с металлическим вкусом. Концентрированные растворы пероксида водорода взрывоопасны.

Получают пероксид водорода в реакции с пероксидами и супероксидами металлов.

В разбавленных растворах пероксид водорода легко разлагается:

Также перекись проявляет окислительные свойства:

Перекисью водорода обрабатывают раневую поверхность. Выделяющийся при разложении атомарный кислород разрушает бактериальные клетки, предотвращая осложнение в виде бактериальной инфекции.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Перекись водорода: помощь или вред?

Перекись водорода была впервые получена химиком Луисом Тенеро в 1818 году и уже очень скоро стала применяться в промышленности. Сейчас ее повсеместно используют в хозяйстве и быту.

1 Что такое перекись водорода: химическая формула и свойства

Перекись водорода это простейший представитель пероксидов. Он представляет собой прозрачную жидкость со своеобразным металлическим вкусом и слабым запахом, способную неограниченно растворяться в спирте, воде и эфире.

Химическая формула

Химическая формула перекиси водорода – Н₂O₂. Это означает, что она содержит 2 молекулы водорода и 2 молекулы кислорода.

Химические свойства

Соединение может распадаться под влиянием некоторых факторов:
• Нагревание;
• Солнечный свет;
• Взаимодействие с окислителями или восстановителями, щелочью.

При взаимодействии с определенными металлами, такими например, как Mn или Fe, происходит активная химическая реакция

Распад вещества быстрее происходит в щелочной среде, кислотная же среда наоборот замедляют процесс. Именно поэтому в раствор часто добавляют фосфорную кислоту. В термических условиях H2O2 быстро разлагается, поэтому не рекомендуется хранить его на свету.

Пероксид водорода хорошо смешивается с C₂H₅OH (спиртом) и H₂O (водой) в любых пропорциях.

Перекись водорода и вода имеют схожий состав, однако температура замерзания гораздо ниже при их взаимодействии, чем если использовать их по отдельности. Смеси, содержащие от 45% пероксида водорода могут значительно переохлаждаться, так есть растворы, температура замерзания которых ниже -55℃.

H₂O₂— сильный окислитель, отдающий при реакции один атом кислорода. Воздействие крепкого раствора H2O2 на легковоспламеняющиеся вещества, такие как древесина, хлопок, бумага . происходит реакция горения.

Реакция распада перокисда водорода

Кислотная среда более подходящаая среда для распада. Щелочная же более подходит для восстановления

Пример реакции восстановления мы можем наблюдать при взаимодействии H2O2 с серебром

Аналогично, по существу, протекает его взаимодействие с озоном (О₃ + Н₂О₂ = 2 Н₂О + 2 О₂) и с перманганатом калия в кислой среде:

Последняя реакция применяется для количественного определения пероксида водорода.

Перекись водорода — слабый окислитель, который взаимодействуя с гидроксидами определенных металлов образуют соли H₂O₂. Например, если рассматривать реакцию с гидроксидом бария:

2 Основные лечебные свойства

3 Способы применения

Уже многие годы перекись водорода используется в различных областях применения благодаря своей эффективности и доступности. Его применение основывается в первую очередь на его окисляющих свойствах.

В традиционной медицине

В косметологии

Препарат используется на коже, склонной к излишней жирности и появлению акне, черных точек, благодаря способности уничтожать возбудителей инфекции. Для этого 5 капель 3% раствора добавляют к 50 мл тоника. Косметологи советуют его наносить не более 2 раз в неделю.

Людям с веснушками и пигментными пятнами вещество также подойдет за счет его отбеливающего свойства. Чтобы провести процедуру, применяют специальные маски. Взять ст. л. 20% творога, сырой желток и 5 капель перекиси. Все ингредиенты перемешиваются до однородной структуры, а затем кисточкой наносятся на кожный покров. Слегка массируют, оставляя маску на 15 мин. По истечении времени масса смывается, а на лицо накладывают увлажняющий крем.

Применение в быту

Благодаря полезным свойствам Н₂О₂ можно не только устранить желтые пятна, разводы с белой материи и удалить налет на кафельной плитке, но и избавиться от грибка и плесени.

Чтобы почистить плитку в ванной комнате, взять 40 мл пероксида, ч. л. жидкого мыла и полстакана пищевой соды. Компоненты хорошо перемешать и нанести на влажную губку, которой оттереть проблемные участки. Если загрязнений много, нужно оставить массу на 10 минут, чтобы они растворились.

Для очистки материала берут 3% раствор, который вливают на пятна. Оставляют на 20-30 минут, а затем смывают с поверхности.

Перекись водорода в народной медицине

4 Польза или вред?

Если человек хорошо переносит пероксид и правильно им пользуется, он не должен вызвать каких-либо неблагоприятных последствий.

Попадание на человека крепкого раствора перекиси водорода оставляет на коже белые химические ожоги .

Нельзя употреблять вещество внутрь, это опасно появлением отравления. При полоскании рта иногда теряется чувствительность языка и могут гипертрофироваться его сосочки.

Также не стоит использовать при наличии у человека индивидуальной непереносимости. Это может повлечь за собой развитие аллергической реакции.

5 Форма выпуска и возможные противопоказания препарата

Изготавливается в виде 3% раствора для наружного местного нанесения.

Его крайне нежелательно использовать при следующих состояниях:

• Кровотечения из вен или артерий;
• Индивидуальная непереносимость;
• Период беременности для обработки ротовой полости;
• Детский возраст младше 12 лет.

6 Метод Неумывакина: что это?

Это лечение с успехом применяется в нетрадиционной медицине. Профессор Неумывакин считал перекись панецеей от всех заболеваний. Принцип действия он объяснял укрепляющим эффектом лекарства: при взаимодействии с кровью и ферментом каталазой оно распадается до воды и кислорода, который разжижает кровь, нормализует обменные процессы и улучшает деятельность органов и систем.

Если ожидаемый эффект не достигался, профессор считал, что организм чрезмерно зашлакован. Поэтому он рекомендовал проводить полную очистку.

Метод не признан официальной медициной, так как его противники утверждают, что перекись не только неэффективна, но и может причинить опасность при использовании не по назначению.

В нашей следующей статье мы поговорим об особенностях применения каустической соды.

Источник