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Õèìèÿ 9 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí § 19. Âîäîðîä
Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà àòîìîâ. Âû, î÷åâèäíî, îáðàòèëè âíèìàíèå íà òî, ÷òî êàæäîìó ýëåìåíòó â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå Ä. È. Ìåíäåëååâà îòâîäèòñÿ îäíî, ñòðîãî îïðåäåë¸ííîå ìåñòî. Ñîâñåì äðóãîå äåëî õèìè÷åñêèé ýëåìåíò âîäîðîä. Ýòî åäèíñòâåííûé ýëåìåíò, äëÿ êîòîðîãî õèìèêè îòâîäÿò â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå Ä. È. Ìåíäåëååâà äâà ìåñòà — äà êàêèõ! Åãî çàïèñûâàþò â äâå ðåçêî ïðîòèâîïîëîæíûå ïî ñâîéñòâàì ãðóïïû õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ: â ãëàâíóþ ïîäãðóïïó I ãðóïïû — ïîäãðóïïó ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ, à òàêæå â ãëàâíóþ ïîäãðóïïó VII ãðóïïû — ïîäãðóïïó ãàëîãåíîâ. Ïî÷åìó? Ïîäîáíî àòîìàì ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ, àòîì âîäîðîäà ñîäåðæèò íà âíåøíåì è åäèíñòâåííîì ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå îäèí ýëåêòðîí, ïîýòîìó ëåãêî îòäà¸ò åãî è ïðîÿâëÿåò âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà, ïîëó÷àÿ ïðè ýòîì ñòåïåíü îêèñëåíèÿ +1. Ýòè îñîáåííîñòè ñáëèæàþò âîäîðîä ñ ùåëî÷íûìè ìåòàëëàìè. Íî, ïîäîáíî àòîìàì ãàëîãåíîâ (õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ãëàâíîé ïîäãðóïïû VII ãðóïïû Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà), àòîìó âîäîðîäà äî çàâåðøåíèÿ âíåøíåãî ýíåðãåòè÷åñêîãî óðîâíÿ íå õâàòàåò îäíîãî ýëåêòðîíà (àòîì áëàãîðîäíîãî ãàçà 2-ãî ïåðèîäà, ãåëèÿ, ñîäåðæèò íà ïåðâîì è åäèíñòâåííîì çàâåðø¸ííîì óðîâíå äâà ýëåêòðîíà), ïîýòîìó âîäîðîä ñïîñîáåí ïðîÿâëÿòü îêèñëèòåëüíûå ñâîéñòâà â ðåàêöèÿõ ñ ìåòàëëàìè, çàáèðàÿ ó íèõ ýòîò ýëåêòðîí è ïîëó÷àÿ â ðåçóëüòàòå ñòåïåíü îêèñëåíèÿ -1. Ìîëåêóëû âîäîðîäà, êàê è ìîëåêóëû ãàëîãåíîâ, äâóõàòîìíû è îáðàçîâàíû çà ñ÷¸ò íåïîëÿðíîé êîâàëåíòíîé õèìè÷åñêîé ñâÿçè. Ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ âîäîðîä — ýòî ãàç, òàê æå êàê è ôòîð, è õëîð. Âîäîðîä — ïðîñòîå âåùåñòâî. Ìîëåêóëà âîäîðîäà ñîñòîèò èç äâóõ àòîìîâ è îáðàçîâàíà êîâàëåíòíîé íåïîëÿðíîé õèìè÷åñêîé ñâÿçüþ. Ýòî ñàìûé ë¸ãêèé èç ãàçîâ. Îí áîëåå ÷åì â 14 ðàç ëåã÷å âîçäóõà, ïîýòîìó âîäîðîä ñîáèðàþò â ïåðåâ¸ðíóòûé ââåðõ äíîì ñîñóä (ðèñ. 76). Âîäîðîä ïî÷òè íåðàñòâîðèì â âîäå, ïîýòîìó åãî ìîæíî ñîáèðàòü è ñïîñîáîì âûòåñíåíèÿ âîäû (ðèñ. 77). Êàê ðàñïîçíàþò âîäîðîä, âû óæå çíàåòå: ïî õàðàêòåðíîìó ãëóõîìó õëîïêó-âçðûâó ïðè ïîäíåñåíèè ãîðÿùåé ñïè÷êè ê ñîñóäó (ïðîáèðêå) ñ ÷èñòûì âîäîðîäîì è ïî îñîáîìó («ëàþùåìó») âçðûâó ïðè ïîäíåñåíèè ãîðÿùåé ñïè÷êè ê ñîñóäó ñî ñìåñüþ âîäîðîäà ñ âîçäóõîì èëè ñ êèñëîðîäîì (2V (Í2) : 1V (O2)), êîòîðóþ íàçûâàþò «ãðåìó÷èì ãàçîì». Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà âîäîðîäà îïðåäåëÿþòñÿ åãî ñïîñîáíîñòüþ êàê ê âîññòàíîâëåíèþ, òàê è ê îêèñëåíèþ.
Âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà âîäîðîäà. Ðåàêöèþ ãîðåíèÿ âîäîðîäà, óðàâíåíèå êîòîðîé ïðèìåíÿþò êàê ïðè ñâàðêå è ðåçêå ìåòàëëîâ èç-çà âûñîêîé òåìïåðàòóðû, ñîïðîâîæäàþùåé ýòó ðåàêöèþ. Âîäîðîä òàêæå èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå òîïëèâà â ðàêåòíûõ äâèãàòåëÿõ.
Ðåàêöèè âîäîðîäà ñ íåìåòàëëàìè èñïîëüçóþò äëÿ ïîëó÷åíèÿ âàæíåéøèõ õèìè÷åñêèõ ïðîäóêòîâ, íàïðèìåð àììèàêà è õëîðîâîäîðîäà:
Âîäîðîä ÿâëÿåòñÿ âîññòàíîâèòåëåì íå òîëüêî ïî îòíîøåíèþ ê ïðîñòûì âåùåñòâàì, íî òàêæå è ïî îòíîøåíèþ ê ñëîæíûì. Òàê, åãî ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ìåòàëëîâ èç èõ îêñèäîâ (ðèñ. 78), íàïðèìåð:
Âîäîðîä âçàèìîäåéñòâóåò ñ îêñèäîì óãëåðîäà (II), îáðàçóÿ âàæíåéøåå îðãàíè÷åñêîå ñîåäèíåíèå — ìåòèëîâûé ñïèðò, êîòîðûé ñëóæèò ñûðü¸ì ïðè ïîëó÷åíèè íåêîòîðûõ ïëàñòìàññ. Ñ ïîìîùüþ âîäîðîäà æèäêèå æèðû ìàñëà ïðåâðàùàþò â òâ¸ðäûå — ìàðãàðèí. Ñ ýòèìè ðåàêöèÿìè âîäîðîäà âû ïîçíàêîìèòåñü ïðè èçó÷åíèè îðãàíè÷åñêîé õèìèè. Îêèñëèòåëüíûå ñâîéñòâà âîäîðîäà ïðîÿâëÿþòñÿ ïðè åãî âçàèìîäåéñòâèè ñ ìåòàëëàìè, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî îáðàçóþòñÿ òâ¸ðäûå ñîëåïîäîáíûå ñîåäèíåíèÿ — ãèäðèäû:
Âàæíåéøèå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ âîäîðîäà, îñíîâàííûå íà åãî ñâîéñòâàõ, ïðèâåäåíû íà ðèñóíêå 79. Âîäîðîä â ïðèðîäå. Ïîëó÷åíèå âîäîðîäà.  êîñìîñå âîäîðîä ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ðàñïðîñòðàí¸ííûì ýëåìåíòîì — èç êàæäûõ 10 àòîìîâ Âñåëåííîé íà äîëþ âîäîðîäà ïðèõîäèòñÿ 8. Íàøå Ñîëíöå áîëåå ÷åì íàïîëîâèíó ñîñòîèò èç âîäîðîäà. Íà ýòîé çâåçäå, êàê è íà ìíîãèõ äðóãèõ, èç ÿäåð àòîìîâ âîäîðîäà îáðàçóþòñÿ ÿäðà àòîìîâ ãåëèÿ è äðóãèõ áîëåå òÿæ¸ëûõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäàåòñÿ âûäåëåíèåì îãðîìíîãî êîëè÷åñòâà ýíåðãèè, çà ñ÷¸ò êîòîðîé è ñóùåñòâóåò æèçíü íà íàøåé ïëàíåòå.
Íà Çåìëå âîäîðîä ñîäåðæèòñÿ â âèäå ñîåäèíåíèé, âàæíåéøèì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ âîäà, îáðàçóþùàÿ òàêóþ ãåîëîãè÷åñêóþ îáîëî÷êó ïëàíåòû, êàê ãèäðîñôåðà. Ýòîò ýëåìåíò íàðÿäó ñ óãëåðîäîì îáðàçóåò âñå îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà, â òîì ÷èñëå è æèçíåííî âàæíûå (áåëêè, æèðû, óãëåâîäû), è áîãàòûå ýíåðãèåé (ïðèðîäíûé ãàç, íåôòü, êàìåííûé óãîëü). Âîäîðîä â ëàáîðàòîðèè ìîæíî ïîëó÷èòü âçàèìîäåéñòâèåì ñîëÿíîé èëè ðàçáàâëåííîé ñåðíîé êèñëîò ñ ìåòàëëàìè, ñòîÿùèìè â ðÿäó íàïðÿæåíèé äî (Í2), â ïåðâóþ î÷åðåäü öèíêà:
Ñ ýòîé öåëüþ â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ ïðèìåíÿþò ñïåöèàëüíûå ïðèáîðû: àïïàðàò Êèïïà (ðèñ. 80, à) èëè åãî ìàëåíüêèé àíàëîã — ïðèáîð Êèðþøêèíà (ðèñ. 80, á).
 ïðîìûøëåííîñòè âîäîðîä ïîëó÷àþò êîíâåðñèåé (ïðåâðàùåíèåì) âîäÿíûõ ïàðîâ ñ óãëåì èëè ìåòàíîì:
Îòêðûòèå âîäîðîäà. Åù¸ â XVI â. áûëî çàìå÷åíî, ÷òî ïðè äåéñòâèè êèñëîò íà ìåòàëëû âûäåëÿåòñÿ ãàç, êîòîðûé ñðåäíåâåêîâûå õèìèêè íàçûâàëè «ãîðþ÷èì âîçäóõîì». Ïåðâîîòêðûâàòåëåì âîäîðîäà ñ÷èòàþò àíãëèéñêîãî ôèçèêà è õèìèêà Ã. Êàâåíäèøà.  1766 ã. îí ñîáðàë ÷èñòûé âîäîðîä, ïîëó÷èâ åãî äåéñòâèåì ñåðíîé è ñîëÿíîé êèñëîò íà öèíê, æåëåçî è îëîâî. Îäíàêî âûâîä î òîì, ÷òî âîäîðîä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåùåñòâî, à íå «ãîðþ÷èé âîçäóõ», áûë ñäåëàí òîëüêî â 1784ã. ôðàíöóçñêèì õèìèêîì À. Ëàâóàçüå, êîòîðûé è äàë ýòîìó ýëåìåíòó íàçâàíèå «âîäîðîä» — ðîæäàþùèé âîäó.
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâî-ñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
Âîäîðîä îáðàçóåò òðè èçîòîïà:  ëàáîðàòîðèè âîäîðîä ìîæíî ïîëó÷èòü, êàê âû çíàåòå, âçàèìîäåéñòâèåì ùåëî÷íîãî èëè ù¸ëî÷íîçåìåëüíîãî ìåòàëëà ñ âîäîé, à òàêæå ïî ðåàêöèè:
 êàêîì ñëó÷àå îáú¸ì âîäîðîäà íàèáîëüøèé, åñëè äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà èñïîëüçóþòñÿ îäèíàêîâûå êîëè÷åñòâà âåùåñòâ ìåòàëëîâ? 3. Âû÷èñëèòå îáú¸ì âîäîðîäà (í. ó.), êîòîðûé ïîòðåáóåòñÿ äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ 928 êã îêñèäà âîëüôðàìà (VI), ñîäåðæàùåãî 25% ïðèìåñåé. Âû÷èñëèòå êîëè÷åñòâî âåùåñòâà ìåòàëëà, êîòîðîå ïîëó÷èòñÿ ïðè ýòîì. 4. Çàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé äëÿ ñëåäóþùèõ ïåðåõîäîâ:
5.  ñòåêëÿííîì òîëñòîñòåííîì ñîñóäå (ýâäèîìåòðå) âçîðâàëè ñìåñü 4 ìë âîäîðîäà è 3 ìë êèñëîðîäà. Íàéäèòå ìàññó ïðîäóêòà ðåàêöèè è îáú¸ì íåïðîðåàãèðîâàâøåãî ãàçà.
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