Charakterystyka wodoru i tlenu. - LOGIM.EDU.GORZOW.PL :: Strona
Transkrypt
Charakterystyka wodoru i tlenu. - LOGIM.EDU.GORZOW.PL :: Strona
LCH 2 Zajęcia nr 27 Charakterystyka wodoru i tlenu. 1. Położenie wodoru w układzie okresowym pierwiastków – wodór jest jedynym pierwiastkiem, który nie należy do żadnej rodziny pierwiastków. W układzie zapisuje się go w pierwszej grupie nad litem, jednak jego właściwości jako niemetalu są bardzo odległe od pozostałych litowców np. podczas tworzenia związków z niemetalami nie oddaje elektronu jak pozostałe litowce lecz najchętniej uwspólnia elektron w wiązaniu kowalencyjnym dzięki czemu uzyskuje dublet zgodny z regułą helowca. 2. Występowanie wodoru a. jest to pierwiastek najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie, stanowi około 76% znanej masy wszechświata. b. Na Ziemi ten pierwiastek występuje już w znacznie mniejszych ilościach, zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej grubości ok. 16 km zawiera 0,9% masowych wodoru. Najbardziej rozpowszechnionym związkiem wodoru na Ziemi jest woda. c. W przyrodzie wodór występuje w postaci 3 izotopów: Prot Deuter Tryt 3. Metody otrzymywania wodoru a. Przemysłowe Zgazowanie węgla – działając parą wodną na rozżarzony koks C + H2O CO + H2 Elektroliza wody lub wodnego roztworu NaCl – tą metodą otrzymuje się najczystszy wodór potrzebny w przemyśle spożywczym np. do utwardzania olejów w procesach produkcji margaryn. b. Laboratoryjne Działając kwasem solnym na cynk Zn + HCl ZnCl2 + H2 Działając wodą na metale aktywne 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 4. Właściwości wodoru a. Fizyczne – gaz bezbarwny, praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie jest najlżejszą znaną substancją. Pod zwiększonym ciśnieniem wodór dobrze rozpuszcza się w wielu metalach np. palladzie, platynie, żelazie, tworząc układy o składzie stechiometrycznym lub niestechiometrycznym. W wodorkach metali ciężkich małe atomy wodoru łatwo mieszczą się w lukach sieci krystalicznej pomiędzy dużymi atomami metalu, taki układ ma charakter wiązania metalicznego. b. Chemiczne Wodór jest gazem palnym, pali się bladym niebieskim płomieniem, z powietrzem oraz tlenem tworzy mieszaninę wybuchową, a podczas jej zapłonu powstaje charakterystyczny dźwięk przypominający gwizd Z niemetalami tworzy związki kowalencyjne np. H2O, H2S, HCl, NH3, CH4 Z metalami bloku s – tworzy związki jonowe zawierające jony H-, wyjątkiem są beryl i magnez które z wodorem łączą się wiązaniem kowalencyjnym. Z pozostałymi metalami tworzy połączenia o charakterze metalicznym 5. Występowanie tlenu – tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na kuli ziemskiej, stanowi 21% objętościowych powietrza (23% masowych), woda zawiera 88% masowych, a litosfera 47% masowych tlenu. Tlen występuje w postaci dwóch odmian alotropowych a. ditlen O2 – gaz bezbarwny, bez zapachu, cząsteczki dwuatomowe, budowę cząsteczki tlenu tradycyjnie przedstawia się w następujący sposób: O O Badania chemii kwantowej dowiodły że cząsteczka tlenu dwuatomowego ma nieco odmienną budowę, można o tym przeczytad Na następującej stronie internetowej: http://www.chemmix.artnet.pl/index.php?s1=02&s2=006&s3=008 b. tritlen O3 – ozon – ma cząsteczki trójatomowe, ostry zapach, niebieskawy kolor. O O O Jest odmianą nietrwałą, powstaje z ditlenu O2 w czasie wyładowao elektrycznych bądź atmosferycznych (np. burza) Niewielkie ilości ozonu powstają w górnych warstwach atmosfery otaczającej Ziemię pod wpływem promieni nadfioletowych docierających ze Słooca. Ozon pełni w stratosferze ważną funkcję, pochłania bowiem większośd promieni nadfioletowych i chroni w ten sposób życie biologiczne przed skutkami nadmiernego promieniowania (m. in. nowotworami skóry, zmianami klimatu). Dewastacja środowiska naturalnego w ostatnich dziesięcioleciach nie oszczędziła ozonu stratosferycznego – wywołała tzw. dziurę ozonową, czyli ubytek ozonu spowodowany reakcjami jego rozkładu przez emitowane do atmosfery freony (np. CFCl3, CF2Cl2). Związki te same rozkładają się pod wpływem światła nadfioletowego z wytworzeniem rodników (wolnych atomów z niesparowanym elektronem) – chloru atomowego, który reaguje z ozonem: Pojedynczy rodnik chloru zanim ulegnie deaktywacji może zniszczyd nawet 100 000 cząsteczek ozonu. W latach 90-tych ubiegłego wieku rozpoczęto stopniowe wycofywanie freonów z użytkowania. Obecnie na świecie obowiązuje zakaz użytkowania freonu, dzięki temu w ostatnich latach obserwuje się zmniejszenie wielkości dziury ozonowej, jednak proces całkowitej odbudowy warstwy ozonowej może potrwad nawet kilkadziesiąt lat. 6. Otrzymywanie tlenu: a. W przemyśle – skraplanie powietrza i następnie destylację frakcyjną b. W laboratorium: elektroliza wody (z dodatkiem NaOH) Termiczny rozkład niektórych soli: 7. Związki tlenu – z uwagi na wysoką elektroujemność tlen: a. Z metalami tworzy tlenki o budowie jonowej zawierający anion O2-. b. Z niemetalami tworzy wiązania kowalencyjne spolaryzowane, a przy jednoczesnym utworzeniu wiązania z wodorem tworzy kwasy tlenowe. c. Związki tlenu z wodorem –OH są odpowiedzialne z tworzenie wiązao wodorowych pomiędzy cząsteczkami bardzo wielu związków chemicznych.