ไฮโดรเจนออกไซด์: การเตรียมและคุณสมบัติ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

แน่นอนว่าสิ่งสำคัญและแพร่หลายที่สุดในโลกคือน้ำ สิ่งที่สามารถเปรียบเทียบได้ในความสำคัญ? เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าชีวิตบนโลกจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อของเหลวมาถึงเท่านั้น น้ำ (ไฮโดรเจนออกไซด์) คืออะไรจากมุมมองทางเคมี? ประกอบด้วยอะไรบ้างและมีคุณสมบัติอะไรบ้าง? มาทำความเข้าใจบทความนี้กัน

ไฮโดรเจนและสารประกอบของมัน

อะตอมที่เบาที่สุดในตารางธาตุทั้งหมดคือไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังครอบครองตำแหน่งคู่ ซึ่งอยู่ในกลุ่มย่อยของฮาโลเจนและในกลุ่มโลหะอัลคาไลกลุ่มแรก อะไรอธิบายคุณสมบัติดังกล่าว? โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของเปลือกอะตอม มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวซึ่งปล่อยอิสระและยึดอีกตัวหนึ่งเข้ากับตัวมันเอง รวมกันเป็นคู่และจบระดับชั้นนอก

นั่นคือสาเหตุที่สถานะออกซิเดชันหลักและเฉพาะขององค์ประกอบนี้คือ +1 และ -1 มันทำปฏิกิริยากับโลหะได้ง่าย เกิดเป็นไฮไดรด์ - สารประกอบคล้ายเกลือที่เป็นของแข็งซึ่งมีสีขาวไม่ระเหยง่าย

อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนยังสร้างโมเลกุลของสารระเหยได้ง่าย โดยทำปฏิกิริยากับอโลหะ ตัวอย่างเช่น:

• ไฮโดรเจนซัลไฟด์ H₂S;
• มีเทนCH₄;
• silane SiH₄ และอื่นๆ

โดยทั่วไป ไฮโดรเจนจะเกิดสารประกอบค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตาม สารที่สำคัญที่สุดที่รวมอยู่ในนั้นคือไฮโดรเจนออกไซด์ ซึ่งมีสูตรคือ H₂O นี่คือสารประกอบที่มีชื่อเสียงที่สุดที่แม้แต่นักเรียนชั้นประถมศึกษาที่ยังไม่คุ้นเคยกับวิชาเคมีก็ยังจำสูตรนี้ได้ ท้ายที่สุด น้ำ (และนี่คือไฮโดรเจนออกไซด์ที่สูงที่สุด) ไม่ได้เป็นเพียงสารทั่วไป แต่ยังเป็นแหล่งของสิ่งมีชีวิตบนโลกของเราด้วย

ชื่อของธาตุนั้นสะท้อนถึงแก่นแท้ของมัน - ไฮโดรเจน นั่นคือ "การให้กำเนิดน้ำ" เช่นเดียวกับออกไซด์อื่น ๆ สารนี้ยังเป็นสารประกอบไบนารีที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีจำนวนหนึ่ง นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้น้ำแตกต่างจากสารประกอบอื่นๆ

สารประกอบที่ก่อตัวเป็นไฮโดรเจนที่สำคัญก็คือกรด ทั้งอินทรีย์และแร่ธาตุ

คุณสมบัติทางเคมีของไฮโดรเจน

ในแง่ของกิจกรรมทางเคมี ไฮโดรเจนเป็นสารรีดิวซ์ที่ค่อนข้างแรง ในปฏิกิริยาหลายอย่าง มันแสดงเพียงคุณสมบัติดังกล่าว อย่างไรก็ตาม เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะที่แรงกว่านั้น มันจะกลายเป็นตัวออกซิไดซ์

สิ่งที่สำคัญมากในอุตสาหกรรมคือปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับโลหะออกไซด์ ท้ายที่สุด นี่เป็นวิธีหนึ่งในการทำให้สิ่งหลังอยู่ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด Hydrogenthermy เป็นวิธีการทางโลหะวิทยาสำหรับการสังเคราะห์โลหะบริสุทธิ์จากออกไซด์ของพวกมันโดยการลดลงด้วยไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับออกไซด์มีรูปแบบทั่วไปดังนี้:ฉัน_xO_y + H₂=H₂O + ฉัน

แน่นอนว่านี่ไม่ใช่วิธีเดียวที่จะสังเคราะห์โลหะบริสุทธิ์ได้ มีคนอื่น. อย่างไรก็ตาม การลดออกไซด์ของไฮโดรเจนด้วยไฮโดรเจนเป็นกระบวนการผลิตที่ทำกำไรได้ค่อนข้างมากและไม่ซับซ้อน ซึ่งพบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง

ที่น่าสนใจอีกอย่างคือเมื่อผสมกับอากาศ ก๊าซไฮโดรเจนสามารถก่อตัวเป็นส่วนผสมที่ระเบิดได้สูง ชื่อของมันคือก๊าซระเบิด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ การผสมควรทำในอัตราไฮโดรเจนสองปริมาตรต่อหนึ่งออกซิเจน

น้ำคือไฮโดรเจนออกไซด์

ความจริงที่ว่าออกไซด์นี้มีความสำคัญมาก เราได้กล่าวไปแล้วหลายครั้ง ทีนี้มาดูลักษณะในแง่ของเคมีกัน สารประกอบนี้อยู่ในกลุ่มของสารอนินทรีย์ประเภทนี้จริงหรือ

ในการทำเช่นนี้ เขาจะพยายามเขียนสูตรให้แตกต่างออกไปเล็กน้อย: H₂O=HON. สาระสำคัญเหมือนกันจำนวนอะตอมเท่ากัน แต่ตอนนี้เห็นได้ชัดว่าเรามีไฮดรอกไซด์อยู่ข้างหน้าเรา ควรมีคุณสมบัติอย่างไร? พิจารณาการแยกตัวของสารประกอบ:

NON=H⁺ + OH^-.

ดังนั้น คุณสมบัติจึงเป็นกรด เนื่องจากมีไฮโดรเจนไอออนอยู่ในสารละลาย นอกจากนี้ พวกมันไม่สามารถเป็นเบสิกได้ เนื่องจากอัลคาไลสร้างแต่โลหะเท่านั้น

ดังนั้น อีกชื่อหนึ่งที่มีไฮโดรเจนออกไซด์ก็คือกรดที่มีออกซิเจนซึ่งมีองค์ประกอบที่ง่ายที่สุด เนื่องจากการอินเทอร์เลซที่ซับซ้อนนั้นเป็นลักษณะของโมเลกุลที่กำหนด ดังนั้น คุณสมบัติของมันจะพิเศษ และคุณสมบัติถูกขับไล่จากโครงสร้างของโมเลกุลก็เลยมาวิเคราะห์กัน

โครงสร้างของโมเลกุลน้ำ

เป็นครั้งแรกที่ Niels Bohr นึกถึงโมเดลนี้ และเขาเป็นเจ้าของความเป็นอันดับหนึ่งและการประพันธ์ในเรื่องนี้ พวกเขาติดตั้งคุณสมบัติดังต่อไปนี้

1. โมเลกุลของน้ำเป็นไดโพล เนื่องจากองค์ประกอบที่ประกอบเป็นอิเล็กโตรเนกาติวีตี้แตกต่างกันอย่างมาก
2. รูปสามเหลี่ยม มีไฮโดรเจนที่ฐานและออกซิเจนอยู่ด้านบน
3. เนื่องจากโครงสร้างนี้ สารนี้จึงสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ ทั้งระหว่างโมเลกุลที่มีชื่อเดียวกันและกับสารประกอบอื่นๆ ที่มีองค์ประกอบอิเล็กโตรเนกาทีฟอย่างแรงในองค์ประกอบ

ดูว่าไฮโดรเจนออกไซด์ที่เป็นปัญหามีลักษณะอย่างไรในภาพด้านล่าง

คุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจนออกไซด์

สามารถระบุลักษณะเด่นได้หลายแบบ

1. สถานะการรวมตัว: ก๊าซ - ไอน้ำ ของเหลว ของแข็ง - หิมะ น้ำแข็ง
2. จุดเดือด - 100⁰C (99, 974)
3. จุดหลอมเหลว - 0⁰C.
4. น้ำสามารถหดตัวเมื่อถูกความร้อนในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 0-4⁰C. อธิบายการก่อตัวของน้ำแข็งบนพื้นผิวซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่าและคงสภาพชีวิตไว้ภายใต้ความหนาของไฮโดรเจนออกไซด์
5. ความจุความร้อนสูงแต่ค่าการนำความร้อนต่ำมาก
6. ในสถานะของเหลว ไฮโดรเจนออกไซด์จะมีความหนืด
7. แรงตึงผิวและการก่อตัวของเชิงลบศักย์ไฟฟ้าบนผิวน้ำ

ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น คุณสมบัติของคุณสมบัติขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ดังนั้นที่นี่ ความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนทำให้เกิดลักษณะที่คล้ายกันในสารประกอบนี้

ไฮโดรเจนออกไซด์: คุณสมบัติทางเคมี

ในแง่ของเคมี กิจกรรมของน้ำค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดปฏิกิริยาพร้อมกับความร้อน ไฮโดรเจนออกไซด์ทำปฏิกิริยากับอะไรได้บ้าง

1. กับโลหะ ซึ่งในชุดของแรงดันไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับไฮโดรเจน ในเวลาเดียวกัน สภาวะพิเศษที่แอคทีฟมากที่สุด (ถึงอะลูมิเนียม) ไม่จำเป็นต้องมี และสภาวะที่มีความสามารถในการรีดิวซ์ต่ำกว่าจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำเท่านั้น พวกที่ยืนหยัดตามไฮโดรเจนนั้นไม่สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาดังกล่าวได้เลย
2. อโลหะ. ไม่ใช่กับทุกคน แต่กับคนส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่น ในบรรยากาศของฟลูออรีน น้ำจะเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีม่วง นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับคลอรีน คาร์บอน ซิลิกอน และอะตอมอื่นๆ
3. มีโลหะออกไซด์ (พื้นฐาน) และกรด (อโลหะ) เกิดเป็นด่างและกรดตามลำดับ ในบรรดาโลหะ ตัวแทนของสองกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลักสามารถเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวได้ ยกเว้นแมกนีเซียมและเบริลเลียม อโลหะที่ก่อตัวเป็นกรดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับน้ำทั้งหมด ข้อยกเว้นคือทรายแม่น้ำ - SiO₂.

สมการปฏิกิริยาของไฮโดรเจนออกไซด์เป็นตัวอย่าง: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

กระจายในธรรมชาติ

เราค้นพบแล้วว่าสารนี้ -ที่แพร่หลายที่สุดในโลก มาแสดงเปอร์เซ็นต์ในวัตถุกัน

1. ประมาณ 70% ของน้ำหนักตัวของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์บางชนิดมีไฮโดรเจนออกไซด์ประมาณ 98% (แมงกะพรุน)
2. 71% ของโลกถูกปกคลุมด้วยน้ำ
3. มวลที่ใหญ่ที่สุดคือน้ำในมหาสมุทร
4. พบในธารน้ำแข็งประมาณ 2%
5. 0, 63% ใต้ดิน
6. 0.001% คือบรรยากาศ (หมอก)
7. ร่างกายของพืชมีน้ำ 50% บางสายพันธุ์มีมากกว่านั้น
8. สารประกอบหลายชนิดเกิดขึ้นเป็นผลึกไฮเดรตที่มีน้ำขัง

รายการนี้สามารถดำเนินต่อไปได้เป็นเวลานานเพราะเป็นการยากที่จะจำสิ่งใดก็ตามที่ไม่มีน้ำหรือเมื่อไม่มี หรือก่อตัวขึ้นโดยไม่มีส่วนร่วมของออกไซด์นี้

วิธีการรับ

การได้มาซึ่งไฮโดรเจนออกไซด์ไม่มีมูลค่าทางอุตสาหกรรม ท้ายที่สุดแล้ว การใช้แหล่งสำเร็จรูป - แม่น้ำ ทะเลสาบ และแหล่งน้ำอื่น ๆ ง่ายกว่าการใช้พลังงานและรีเอเจนต์จำนวนมาก ดังนั้นในห้องปฏิบัติการ จึงเหมาะสมที่จะได้รับน้ำกลั่นที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น

เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ มีการใช้อุปกรณ์บางอย่าง เช่น ลูกบาศก์กลั่น น้ำดังกล่าวมีความจำเป็นสำหรับการทำปฏิกิริยาทางเคมีหลายอย่าง เนื่องจากน้ำที่ไม่ผ่านการบำบัดมีสิ่งเจือปน เกลือ และไอออนจำนวนมาก

บทบาททางชีวภาพ

จะบอกว่ามีการใช้น้ำทุกที่ก็พูดน้อย เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิตของคุณโดยปราศจากการเชื่อมต่อนี้ จากเช้าและจนถึงค่ำ คนใช้มันอย่างต่อเนื่องเพื่อวัตถุประสงค์ทั้งในประเทศและอุตสาหกรรม

คุณสมบัติของไฮโดรเจนออกไซด์หมายถึงใช้เป็นตัวทำละลายสากล และไม่เพียงแต่ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น แต่ในสิ่งมีชีวิตด้วยซึ่งมีปฏิกิริยาทางชีวเคมีนับพันเกิดขึ้นทุกวินาที

น้ำเองก็มีส่วนในการสังเคราะห์หลายอย่าง และยังเป็นผลพลอยได้ที่เกิดจากมันอีกด้วย ทุกคนบนโลกต้องผ่านสารที่น่าอัศจรรย์นี้ประมาณ 50 ตันใน 60 ปี!

ไฮโดรเจนออกไซด์ที่ใช้:

• ในทุกอุตสาหกรรม;
• ยา;
• การสังเคราะห์ทางเคมี;
• ในทุกอุตสาหกรรม;
• ของใช้ในครัวเรือน;
• เกษตรกรรม

เป็นการยากที่จะกำหนดขอบเขตของชีวิตที่คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้น้ำ สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวที่ไม่มีไฮโดรเจนออกไซด์ในองค์ประกอบและมีชีวิตอยู่โดยปราศจากไวรัสก็คือไวรัส ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องยากสำหรับคนที่จะต่อสู้กับสิ่งมีชีวิตเหล่านี้