Ջրածնի օքսիդ. պատրաստում և հատկություններ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Մեր մոլորակի վրա ամենակարևոր և տարածված նյութը, իհարկե, ջուրն է։ Ի՞նչ կարելի է համեմատել դրա հետ ըստ կարևորության։ Հայտնի է, որ Երկրի վրա կյանքը հնարավոր է դարձել միայն հեղուկի հայտնվելով։ Ի՞նչ է ջուրը (ջրածնի օքսիդը) քիմիական տեսանկյունից: Ինչից է այն բաղկացած և ի՞նչ հատկություններ ունի։ Փորձենք հասկանալ այս հոդվածը։

Ջրածինը և նրա միացությունները

Ամբողջ պարբերական համակարգի ամենաթեթև ատոմը ջրածինն է: Զբաղեցնում է նաև երկակի դիրք՝ տեղակայվելով և՛ հալոգենների ենթախմբի, և՛ ալկալիական մետաղների առաջին խմբի մեջ։ Ինչո՞վ է բացատրվում նման հատկանիշները: Իր ատոմի թաղանթի էլեկտրոնային կառուցվածքը: Այն ունի միայն մեկ էլեկտրոն, որն ազատ է և՛ հեռանալու, և՛ մյուսը կցելու իրեն՝ կազմելով զույգ և լրացնելով արտաքին մակարդակը։

Այդ պատճառով այս տարրի հիմնական և միակ օքսիդացման վիճակներն են +1 և -1։ Այն հեշտությամբ փոխազդում է մետաղների հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ՝ սպիտակ գույնի պինդ ոչ ցնդող աղի նման միացություններ։

Սակայն ջրածինը նույնպես հեշտությամբ ձևավորում է նյութերի ցնդող մոլեկուլներ՝ փոխազդելով ոչ մետաղների հետ։ Օրինակ՝

• ջրածնի սուլֆիդ H₂S;
• մեթանCH₄;
• silane SiH₄ և այլն:

Ընդհանուր առմամբ, ջրածինը ձևավորում է բավականին շատ միացություններ: Այնուամենայնիվ, ամենակարեւոր նյութը, որի մեջ այն ներառված է, ջրածնի օքսիդն է, որի բանաձեւն է՝ H₂O: Սա ամենահայտնի միացությունն է, որը բանաձևով ճանաչում է նույնիսկ տարրական դպրոցի աշակերտը, ով դեռ քիմիայի հետ ծանոթ չէ: Ի վերջո, ջուրը (և սա ամենաբարձր ջրածնի օքսիդն է) ոչ միայն սովորական նյութ է, այլև կյանքի աղբյուր մեր մոլորակի վրա։

Տարրի հենց անվանումն է արտացոլում նրա հիմնական էությունը՝ ջրածինը, այսինքն՝ «ջուր ծնելը»։ Ինչպես ցանկացած այլ օքսիդ, սա նույնպես երկուական միացություն է մի շարք ֆիզիկական և քիմիական հատկություններով: Բացի այդ, կան հատուկ բնութագրեր, որոնք տարբերում են ջուրը մյուս միացություններից։

Նաև ջրածին ձևավորող միացությունների կարևոր դասը թթուներն են՝ և՛ օրգանական, և՛ հանքային:

Ջրածնի քիմիական հատկությունները

Քիմիական ակտիվության տեսակետից ջրածինը բավականին ուժեղ վերականգնող նյութ է։ Շատ ռեակցիաներում այն ցուցադրում է հենց այդպիսի հատկություններ։ Այնուամենայնիվ, նույնիսկ ավելի ուժեղ մետաղների հետ փոխազդեցության դեպքում այն դառնում է օքսիդացնող նյութ:

Արդյունաբերության մեջ շատ կարևոր է ջրածնի փոխազդեցությունը մետաղների օքսիդների հետ: Չէ՞ որ սա վերջինս իր մաքուր տեսքով ստանալու միջոցներից մեկն է։ Հիդրոգենթերմիան մետալուրգիական մեթոդ է՝ դրանց օքսիդներից մաքուր մետաղների սինթեզի համար՝ ջրածնով վերացման միջոցով։

Ջրածնի ռեակցիան օքսիդի հետ ունի հետևյալ ընդհանուր ձևը. Me_xO_y + H₂=H₂O + Ես.

Իհարկե, սա մաքուր մետաղներ սինթեզելու միակ միջոցը չէ։ Կան ուրիշներ։ Այնուամենայնիվ, ջրածնով օքսիդների վերացումը էներգետիկ առումով բավականին շահավետ և ոչ բարդ արտադրական գործընթաց է, որը լայն կիրառություն է գտել։

Հետաքրքիր է նաև այն փաստը, որ օդի հետ խառնվելիս ջրածնի գազը կարող է առաջացնել բարձր պայթյունավտանգ խառնուրդ: Դրա անունը պայթուցիկ գազ է։ Դա անելու համար խառնումը պետք է կատարվի մեկ թթվածնի դիմաց երկու ծավալով ջրածնի չափով։

Ջուրը ջրածնի օքսիդ է

Այն, որ այս օքսիդը շատ կարևոր է, մենք արդեն մի քանի անգամ նշել ենք։ Այժմ բնութագրենք այն քիմիայի առումով։ Իսկապե՞ս այս միացությունը պատկանում է անօրգանական նյութերի այս դասին:

Դա անելու համար նա կփորձի մի փոքր այլ կերպ գրել բանաձեւը՝ H₂O=HON: Էությունը նույնն է, ատոմների թիվը նույնն է, այնուամենայնիվ, հիմա ակնհայտ է, որ մեր դիմաց հիդրօքսիդ է։ Ի՞նչ հատկություններ պետք է ունենա այն: Դիտարկենք միացության տարանջատումը.

NON=H⁺ + OH^-.

Հետևաբար, հատկությունները թթվային են, քանի որ լուծույթում առկա են ջրածնի կատիոններ։ Բացի այդ, դրանք չեն կարող լինել հիմնական, քանի որ ալկալիները կազմում են միայն մետաղներ։

Հետևաբար, մեկ այլ անվանում, որն ունի ջրածնի օքսիդ, ամենապարզ բաղադրությամբ թթվածին պարունակող թթու է: Քանի որ նման բարդ միահյուսումները բնորոշ են տվյալ մոլեկուլին, հետևաբար, նրա հատկությունները հատուկ կլինեն։ Իսկ հատկությունները վանվում ենմոլեկուլի կառուցվածքը, ուստի մենք կվերլուծենք այն։

Ջրի մոլեկուլի կառուցվածքը

Առաջին անգամ Նիլս Բորը մտածեց այս մոդելի մասին, և նրան է պատկանում այս հարցում առաջնահերթությունն ու հեղինակությունը։ Նրանք տեղադրել են հետևյալ հատկանիշները։

1. Ջրի մոլեկուլը դիպոլ է, քանի որ այն կազմող տարրերը մեծապես տարբերվում են էլեկտրաբացասականությամբ:
2. Նրա եռանկյունաձև ձևը, հիմքում ջրածինը, իսկ վերևում՝ թթվածինը։
3. Այս կառուցվածքի շնորհիվ այս նյութը կարողանում է ջրածնային կապեր ստեղծել ինչպես համանուն մոլեկուլների, այնպես էլ այլ միացությունների հետ, որոնք իրենց բաղադրության մեջ ունեն խիստ էլեկտրաբացասական տարր։

Տեսեք, թե ինչպես է խնդրո առարկա ջրածնի օքսիդը սխեմատիկորեն երևում ստորև ներկայացված լուսանկարում:

Ջրածնի օքսիդի ֆիզիկական հատկություններ

Կարելի է բացահայտել մի քանի հիմնական բնութագրեր:

1. Ագրեգացիայի վիճակը՝ գազային - գոլորշու, հեղուկ, պինդ - ձյուն, սառույց:
2. Եռման կետ - 100⁰C (99, 974).
3. Հալման կետ - 0⁰C.
4. Ջուրը կարող է փոքրանալ, երբ տաքացվում է 0-4⁰C ջերմաստիճանի միջակայքում: Դրանով է բացատրվում մակերևույթի վրա սառույցի ձևավորումը, որն ունի ավելի ցածր խտություն և ջրածնի օքսիդի հաստության տակ կյանքի պահպանումը։
5. Բարձր ջերմային հզորություն, բայց շատ ցածր ջերմային հաղորդունակություն:
6. Հեղուկ վիճակում ջրածնի օքսիդը ցուցաբերում է մածուցիկություն:
7. Մակերեւութային լարվածություն և բացասականի ձևավորումէլեկտրական պոտենցիալ ջրի մակերեսին։

Ինչպես նշեցինք վերևում, հատկությունների առանձնահատկությունները կախված են կառուցվածքից: Այսպիսով, այստեղ: Ջրածնային կապեր ստեղծելու ունակությունը հանգեցրել է այս միացության նմանատիպ հատկությունների:

Ջրածնի օքսիդ. քիմիական հատկություններ

Քիմիայի տեսակետից ջրի ակտիվությունը բավականին բարձր է։ Հատկապես, երբ խոսքը վերաբերում է տաքացումով ուղեկցվող ռեակցիաներին։ Ինչի՞ հետ կարող է արձագանքել ջրածնի օքսիդը:

1. Մետաղների հետ, որոնք մի շարք լարումների մեջ են մինչև ջրածինը։ Միևնույն ժամանակ, ամենաակտիվ (մինչև ալյումինի) դեպքում հատուկ պայմաններ չեն պահանջվում, իսկ ավելի ցածր նվազեցնող կարողություն ունեցողները արձագանքում են միայն գոլորշու հետ։ Նրանք, ովքեր կանգնած են ջրածնի հետևից, ընդհանրապես ի վիճակի չեն նման փոխազդեցությունների մեջ մտնել:
2. Ոչմետաղներով. Ոչ բոլորի, այլ մեծամասնության հետ։ Օրինակ՝ ֆտորի մթնոլորտում ջուրն այրվում է մանուշակագույն բոցով։ Հնարավոր է նաև ռեակցիա քլորի, ածխածնի, սիլիցիումի և այլ ատոմների հետ։
3. Մետաղների օքսիդներով (հիմնական) և թթվային (ոչ մետաղներ): Առաջանում են համապատասխանաբար ալկալիներ և թթուներ։ Մետաղների մեջ հիմնական ենթախմբերի առաջին երկու խմբերի ներկայացուցիչներն ընդունակ են նման ռեակցիաների՝ բացառությամբ մագնեզիումի և բերիլիումի։ Ոչ մետաղները, որոնք կազմում են թթվային օքսիդներ, փոխազդում են ջրի հետ: Բացառություն է գետի ավազը՝ SiO₂.

Ջրածնի օքսիդի ռեակցիայի հավասարումը օրինակ է. SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Տարածվել բնության մեջ

Մենք արդեն պարզել ենք, որ այս նյութը.աշխարհում ամենատարածվածը։ Նշենք տոկոսը օբյեկտներում։

1. Մարդկանց և կաթնասունների մարմնի քաշի մոտ 70%-ը։ Որոշ կենդանական աշխարհ բաղկացած է մոտ 98% ջրածնի օքսիդից (մեդուզա):
2. Երկրագնդի 71%-ը ծածկված է ջրով։
3. Ամենամեծ զանգվածը օվկիանոսների ջուրն է։
4. Մոտ 2%-ը հանդիպում է սառցադաշտերում։
5. 0, 63% ընդհատակ։
6. 0,001% մթնոլորտային է (մառախուղ):
7. Բույսերի մարմինը 50% ջուր է, որոշ տեսակներ նույնիսկ ավելին։
8. Շատ միացություններ առաջանում են որպես բյուրեղային հիդրատներ, որոնք պարունակում են կապված ջուր:

Այս ցանկը կարելի է երկար շարունակել, քանի որ դժվար է հիշել որևէ բան, որը ջուր չի ներառում կամ մեկ անգամ չի ներառել: Կամ առաջացել է առանց այս օքսիդի մասնակցության։

Ստացման եղանակներ

Ջրածնի օքսիդ ստանալը արդյունաբերական արժեք չունի. Ի վերջո, ավելի հեշտ է օգտագործել պատրաստի աղբյուրները՝ գետեր, լճեր և այլ ջրային մարմիններ, քան ծախսել հսկայական քանակությամբ էներգիա և ռեակտիվներ։ Հետևաբար, լաբորատոր պայմաններում նպատակահարմար է ստանալ միայն թորած, բարձր մաքուր ջուր:

Այս նպատակների համար օգտագործվում են որոշակի սարքեր, ինչպիսիք են թորման խորանարդները: Նման ջուրն անհրաժեշտ է բազմաթիվ քիմիական փոխազդեցություններ իրականացնելու համար, քանի որ չմշակված ջուրը պարունակում է մեծ քանակությամբ կեղտեր, աղեր, իոններ։

Կենսաբանական դեր

Ասել, որ ջուրն ամենուր օգտագործվում է, թերագնահատում է: Անհնար է պատկերացնել ձեր կյանքը առանց այս կապի։ Իցառավոտ և մինչև գիշեր մարդն այն անընդհատ օգտագործում է ինչպես կենցաղային, այնպես էլ արդյունաբերական նպատակներով։

Ջրածնի օքսիդի հատկությունները նշանակում են դրա օգտագործումը որպես ունիվերսալ լուծիչ: Եվ ոչ միայն լաբորատորիայում։ Բայց նաև կենդանի էակների մեջ, որտեղ ամեն վայրկյան հազարավոր կենսաքիմիական ռեակցիաներ են տեղի ունենում։

Նաև ջուրն ինքնին շատ սինթեզների մասնակից է, այն նաև ծառայում է որպես դրանցից բխող կողմնակի արտադրանք։ Երկրի վրա յուրաքանչյուր մարդ 60 տարում անցնում է այս զարմանալի նյութի մոտ 50 տոննա միջով:

Օգտագործված ջրածնի օքսիդ:

• բոլոր ոլորտներում;
• բժշկություն;
• քիմիական սինթեզներ;
• բոլոր տեսակի արդյունաբերություններում;
• կենցաղային կարիքներ;
• գյուղատնտեսություն.

Դժվար է որոշել կյանքի ոլորտը, որտեղ դուք կարող եք անել առանց ջրի: Միակ կենդանի էակները, որոնք իրենց բաղադրության մեջ չունեն ջրածնի օքսիդ և ապրում են առանց դրա, վիրուսներն են։ Այդ իսկ պատճառով մարդու համար դժվար է պայքարել այդ օրգանիզմների դեմ։