Водню оксид: отримання і властивості

Найважливіше і поширене на нашій планеті речовина, безумовно, вода. Що може зрівнятися з нею за значимістю? Відомо, що життя на Землі стала можлива тільки з появою рідини. Що ж собою являє вода (оксид водню) з хімічної точки зору? З чого складається і якими властивостями володіє? Спробуємо розібратися в даній статті.

Відео: Властивості металевого натрію - взаємодія натрію з водою з виділенням NaOH і водню

Водень і його сполуки

Найлегший атом у всій періодичній системі - водень. Він же займає подвійне становище, розташовуючись як в підгрупі галогенів, так і та першої групи лужних металів. Чим пояснюються такі особливості? Електронною будовою оболонки його атома. У нього всього один електрон, який вільно може як йти, так і приєднувати собі ще один, формуючи пару і завершуючи зовнішній рівень.

Саме тому основні та єдині ступеня окислення даного елемента +1 і -1. Він легко вступає у взаємодію з металами, утворюючи гідриди - тверді нелеткі солеподібні з`єднання білого кольору.

Однак також легко водень формує і летючі молекули речовин, взаємодіючи з неметалами. наприклад:

• сірководень H₂S;
• метан СН₄;
• силан SiH₄ та інші.

В цілому з`єднань водень формує досить багато. Однак найважливішим речовиною, до складу якого він входить, є оксид водню, формула якого Н<sub>2</sub>О. Це найвідоміше з`єднання, яке дізнається за формулою навіть учень початкових класів, ще не знайомий з хімією. Адже вода (а це і є вищий оксид водню) - не тільки поширене речовина, але і джерело життя на нашій планеті.

Сама назва елемента відображає його головну сутність - водень, тобто "народжує воду". Як і будь-який інший оксид, даний також є бінарним з`єднанням, що володіє рядом фізичних, хімічних властивостей. Крім того, є й особливі характеристики, що відрізняють воду від всіх інших з`єднань.

Також важливим класом сполук, які утворює водень, є кислоти, як органічні, так і мінеральні.

Відео: Отримання водню і вивчення його властивостей

Хімічні властивості водню

З точки зору хімічної активності, водень - досить сильний відновник. У багатьох реакціях він проявляє саме такі властивості. Однак при взаємодії з ще більш сильними металами, він стає окислювачем.

Дуже важливим в промисловості є взаємодія водню з оксидами металів. Адже це один із способів отримання останніх в чистому вигляді. Водородотермія - це металургійний метод синтезу чистих металів з їх оксидів шляхом відновлення воднем.

Реакція водню з оксидом має наступний загальний вид: Me_xO_y + H₂ = H₂O + Me.

Відео: Отримання вуглекислого газу і вивчення його властивостей практична робота

Звичайно, це далеко не єдиний спосіб синтезу чистих металів. Існують і інші. Однак відновлення оксидів воднем - енергетично досить вигідний і нескладний виробничий процес, який знайшов собі широке застосування.

Також цікава та особливість, що при змішуванні з повітрям газ водень здатний утворювати сильно вибухову суміш. Її назва гримучий газ. Для цього змішування слід проводити з розрахунку два обсягу водню на один кисню.

Вода - оксид водню

Те, що даний оксид дуже важливий, ми вже кілька разів згадали. Тепер давайте охарактеризуємо його з точки зору хімії. Чи справді це з`єднання відноситься саме до цього класу неорганічних речовин?

Для цього спробує трохи інакше записати формулу: H₂O = НОН. Суть та ж, кількість атомів колишнє, проте, тепер очевидно, що перед нами гідроксид. Якими властивостями повинен він володіти? Розглянемо дисоціацію з`єднання:

НОН = Н⁺ + ВІН^-.

отже, властивості кислотні, так як в розчині присутні катіони водню. До того ж основними вони бути не можуть, адже лугу формують тільки метали.

Тому ще одна назва, яке має водню оксид - кисневмісна кислота найпростішого складу. Раз такі складні переплетіння характерні для даної молекули, отже, і властивості її будуть особливими. А властивості відштовхуються від будови молекули, тому його і розберемо.

Будова молекули води

Вперше про дану модель задумався Нільс Бор, йому і належить першість і авторство в цьому питанні. Їм були встановлені наступні особливості.

1. Молекула води - диполь, так як елементи, що входять до її складу сильно відрізняються за значенням електронегативності.
2. Форма її трикутна, в основі - водень, а в вершині - кисень.
3. Завдяки такій будові, дана речовина здатна формувати водневі зв`язку, як між однойменними молекулами, так і з іншими сполуками, що мають в складі сильно електронегативний елемент.

Подивитися, як схематично виглядає розглянутий водню оксид, можна на фото нижче.

Фізичні властивості оксиду водню

Можна позначити кілька основних характеристичних рис.

1. Агрегатний стан: газоподібне - пар, рідке, тверде - сніг, лід.
2. Температура кипіння - 100⁰С (99,974).
3. Температура плавлення - 0⁰С.
4. Вода здатна стискуватися при нагріванні в інтервалі температур від 0-4⁰С. Цим пояснюється утворення льоду на поверхні, який має меншу щільність і збереження життя під товщею оксиду водню.
5. Високе значення теплоємності, проте дуже низька теплопровідність.
6. У рідкому стані водню оксид виявляє в`язкість.
7. Особливим властивістю можна назвати поверхневий натяг і формування негативного електропотенціалу на поверхні води.

Як ми зазначали вище, особливості властивостей залежать від будови. Так і тут. здатність формувати водневі зв`язку привела до подібних рис даного з`єднання.

Водню оксид: хімічні властивості

З точки зору хімії, активність води досить висока. Особливо якщо мова йде про реакції, супроводжуваних нагріванням. З чим здатний вступати у взаємодію оксид водню?

1. З металами, які в ряді напруг стоять до водню. При цьому з найактивнішими (до алюмінію) не потрібні особливі умови, а володіють більш низькою відновлювальною здатністю реагують тільки з парою. Ті ж, що стоять після водню, взагалі не здатні вступати в подібні взаємодії.
2. З неметалами. Не з усіма, однак з більшістю. Наприклад, в атмосфері фтору вода згорає фіолетовим полум`ям. Також реакція можлива з хлором, вуглецем, кремнієм і іншими атомами.
3. З оксидами металів (основними) і кислотними (неметалів). Утворюються, відповідно, луги та кислоти. Серед металів до таких реакцій здатні представники перших двох груп головних підгруп, крім магнію і берилію. Неметали, що утворюють кислотні оксиди, взаємодіють з водою все. Винятком є річковий пісок - SiO₂.

рівняння реакцій оксиду водню в якості прикладу можна навести таке: SO₃ + H₂O = H₂SO_4.

Поширення в природі

Ми вже з`ясували, що дана речовина - найпоширеніше в світі. Позначимо процентний вміст в об`єктах.

1. Близько 70% від маси тіла людини і ссавців тварин. Деякі представники фауни складаються з оксиду водню приблизно на 98% (медузи).
2. 71% Землі покритий водою.
3. Найбільша маса становить води Світового океану.
4. Близько 2% міститься в льодовиках.
5. 0,63% зосереджено під землею.
6. 0,001% припадає на атмосферу (туман).
7. Тіло рослин складається на 50% з води, деяких видів навіть більше.
8. Багато з`єднання зустрічаються у вигляді кристалогідратів, що містять зв`язану воду.

Продовжувати цей список можна довго, адже складно пригадати хоч що-небудь, до складу чого не входить вода або колись не входила. Або утворилося без участі цього оксиду.

способи отримання

Одержання оксиду водню промислового значення не має. Адже простіше використовувати готові джерела - річки, озера та інші водойми, ніж витрачати величезну кількість енергії і реактивів. Тому в лабораторії доречно лише отримання дистильованої, особливо чистої води.

Для цих цілей використовують певні апарати, такі як перегінні куби. Така вода необхідна для проведення багатьох хімічних взаємодій, так як неочищена містить велику кількість сторонніх домішок, солей, іонів.

біологічна роль

Сказати, що вода використовується всюди, не сказати нічого. Неможливо уявити своє життя без цього з`єднання. З самого ранку і до самої ночі людина постійно використовує його як в побутових, так і промислових цілях.

Властивості оксиду водню мають на увазі використання його як універсального розчинника. Причому не тільки в лабораторії. Але і в живих істотах, де щомиті відбуваються тисячі біохімічних реакцій.

Відео: Взаємодія цинку з соляною кислотою HCL з виділенням водню і утворенням ZnCl2

Також вода сама є учасником багатьох синтезів, вона ж служить побічним продуктом, що утворюється в результаті них. Кожна людина на Землі за 60 років пропускає через себе близько 50 тонн цього дивного речовини!

Оксид водню використовується:

• у всіх галузях промисловості;
• медицині;
• хімічних синтезах;
• у всіх видах виробництв;
• побутові потреби;
• сільському господарстві.

Складно визначити область життя, в якій можна обійтися без води. Єдиними живими істотами, які не мають оксид водню в своєму складі і живуть без нього, є віруси. Саме тому людині складно боротися з цими організмами.