Vandenilis, vanduo

Turinys

• Vandenilis

• Vanduo

Vandenilis

Vandenilio simblolis H – pirmasis D. Mendelejevo eriodinės sistemos cheminis elementas. Vandenilio atominis numeris 1, santykinė atominė masė 1,0079. Gamtoje aptikti du stabilūs vandenilio izotopai – 1H (protis) bei 2H arba D (deuteris) ir vienas radioktyvus – 3H arba T (tritis). Dirbtinai galima gauti nepatvarų izotopą 4H.

Vandenilis – elementas, labiausiai paplitęs kosmose. Maždaug pusę Saulės ir žvaigždžių masės sudaro vandenilis. Tarpžvaigždinės erdvės pagrindinės dujos taip pat yra vandenilis. Žvaigždžių gelmėse vandenilis egzistuoja protonų H atomų branduolių avidalu iir yra termobranduolinių reakcijų žaliava. Jis sudaro 0,15% Žemės plutos masės. Vandenilis yra žemės pagrindinės medžiagos – vandens sudetinė dalis. Šio elemento būna įvairiuose akmens anglį, naftą, gamtines dujas, molį bei visą biosferą sudarančiuose junginiuose. 16% visų Žemės medžiagų atomų yra vandenilio atomai. Laisvas vandenilis aptinkamas labai retai – daugiausia vulkanų bei kitose gamtinėse dujose. Žemės atmosferoje vandenilio labai mažai – 0,0001% atomų skaičiaus.

Labaratorijose vandenilis gaunamas cinką veikiant praskiesta rūgštimi:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Arba lleidžiant vandens garus virš įkaitintų geležies drožlių:

4H2O + 3Fe = Fe3O4 + 4H2

Pramonėje jis dažniausiai gaunamas iš metalo (pagrindinė gamtinių dujų sudėtinė dalis) konvensijos būdu:

CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2

Daug šio elemento kaip šalutinio produkto, išskiriama gazifikuojant kkurą. Vandenilis yra vienas iš terminio naftos skaidymo (pirolizės) produktų. Gazifikuojant akmens anglis (paprastai rudąsias), susidaro „vandens dujos“ – vandenilio ir anglies (II) aksido mišinys:

H2O + C = H2CO

Be to, vandenilis gaunamas koksuojant akmens anglis, elekrolizuojant vandeninius rūgščių bei šarmų tirpalus.

Vandenilio dujos saugomos ir transportuojamos labai suspaustos plieniniuose žalios spalvos balionuose.

Įprastomis sąlygomis vandenilis yra lengviausios dujos, beveik 15 kartų lengvesnės už orą. Vandenilio šilumos laidumas labai didelis, artimas daugelio nemetalų šilumos laidumui. Įkaitęs kūnas jame atšąla 6 kartus greičiau negu ore. Tokio šilumos laidumo priežastis – nepaprastai didelis lengvų vandenilio molekulių šuluminis judrumas. Vandenilis labai lengvai tirpsta kai kuiuose metaluose. Pvz.: viename tūryje paladžio gali ištirpti iki 900 tūrių H. Ši savybė panaudota kuriant vandenilio akumuliatorius. <

tvir – 252,6oC Tankis, lyginant su oru. 0,06952

tlyd – 269,1oC Tankis, lyginant su O2 0,06893

Tirpumas vandenyje,

esant 25oC – 0,02% (tūrio) Dujinio H2 tankis esant 25oC, 0,0899 g/l

Skyto H2 tankis virimo temperatūroje – 0,071 g/cm3

Vandenilio atomas sudarytas iš vieno protono (branduolys) ir vieno elektorono. Tai papraščiausias atomas, neturintis atitikmenų pariodinėje sistemoje. Jis gali netekti elektoro ir sudaryti teigiamai įelekrtintą H+ katijoną. Tuo vandenilis panašus į šarminius metalus, kurių oksidacijos laipsnis +1. Tačiau H+ katijonas yra „nuogas“ protonas, o šarminių elementų kkatijonai turi elektroninius apvalkalus. Vandenilio jono spindulys labai mažas – 0,53 . 10-8 cm, todėl cheminių reakcijų metu šis jonas lengvai prasiskverbia į kitų atomų elektroninius apvalkalus, sudarydamas kovalentinę cheminę jungtį.

Net ir chemiškai sujungtą vandenilį kiti elektroneigiami atomai gali pritraukti, ir susidaro tik vandeniliui būdinga vandenilinė jungtis. Vandenilio atomas gali ir prisijungti elektroną. Tuomet jis virsta neigiamu jonu – anijonu H-. Šio jono elektronų debesėlis toks pat, kaip helio He atomo. Tuo vandenilis panašus į halogenus, kurių anijonų elektronų sluoksniai analogiški inertinių dujų sluoksniams. Todėl vandenilis kartais priskiriamas ne prie I, o VII Mendelejevo lentelės grupės.

Vandenilio molekutė H2 sudaryta iš dviejų kovalentiškai sujungtų atomų, t.y. abu elektronai yra bendri H . + H . = H : H. Įrastomis sąlygomis molekulinis vandenilis chemiškai nelabai aktyvus. Aukštoje temperatūroje jis skyla (disocijuoja) į nelabai aktyvius atomus. Disocijacija lengviau vyksta esant katalizatorių – platinos ir kitų tauriųjų metakų. Atominis vandenilis susidaro vykstant įvairioms cheminėms reakcijoms, pavyzdžiui, cinką veikiant druskos rūgštimi:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + 2H

Vandenilio atomai tuoj pat reaguoja tarpusavyje ir susijungia į molekutę. Todėl chemijoje jis dažnai vartojamas išsiskytimo momentu, t.y. esant tos medžiagos, su kuria reikia atlikti reakciją. Įprastomis sąlygomis molekulinis vandenilis reaguoja tik su aaktyviausiais elementais: susimaišęs su fluoru, sprogsta net tamsoje ir šaltyje, su chloru reaguoja šviesoje ir pakaitintas; čia susidaro vandenilio halogenai HX (X = Cl, Br, I, F):

H2 + Cl2 = 2...