Что такое водородные соединения в химии

Водородная связь

Межмолекулярные взаимодействия

Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.

Особый вид межмолекулярного взаимодействия — водородные связи.

Водородные связи — это межмолекулярные (или внутримолекулярные) химические связи, возникающие между молекулами, в которых есть сильно полярные ковалентные связи — H-F, H-O или H-N. Если в молекуле есть такие связи, то между молекулами будут возникать дополнительные силы притяжения.

Механизм образования водородной связи частично электростатический, а частично — донорно–акцепторный. При этом донором электронной пары выступают атом сильно электроотрицательного элемента (F, O, N), а акцептором — атомы водорода, соединенные с этими атомами. Для водородной связи характерны направленность в пространстве и насыщаемость.

Водородные связи возникают между следующими веществами:

Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение тепературы кипения.

Источник

Водород: химия водорода и его соединений

Водород

Положение в периодической системе химических элементов

Водород расположен в главной подгруппе I группы и в первом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение водорода

Электронная конфигурация водорода в основном состоянии :

+1H 1s 1 1s

Атом водорода содержит на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон в основном энергетическом состоянии.

Физические свойства

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью:

Соединения водорода

Типичные соединения водорода:

Способы получения

Еще один важный промышленный способ получения водорода — паровая конверсия метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:

Также возможна паровая конверсия угля:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

Химические свойства

1. Водород проявляет свойства окислителя и свойства восстановителя. Поэтому водород реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. С активными металлами водород реагирует с образованием гидридов :

2Na + H₂ → 2NaH

1.2. В специальных условиях водород реагирует с серой с образованием бинарного соединения сероводорода:

1.4. С азотом водород реагирует при нагревании под давлением в присутствии катализатора с образованием аммиака:

2. Водород взаимодействует со сложными веществами:

ZnO + H₂ → Zn + H₂O

Также водород восстанавливает медь из оксида меди:

СuO + H₂ → Cu + H₂O

2.2. С органическими веществами водород вступает в реакции присоединения (реакции гидрирования).

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

Водородные соединения металлов

Соединения металлов с водородом — солеобразные гидриды МеН_х. Это твердые вещества белого цвета с ионным строением. Устойчивые гидриды образуют активные металлы (щелочные, щелочноземельные и др.).

Способы получения

Гидриды металлов можно получить непосредственным взаимодействием активных металлов и водорода.

2Na + H₂ → 2NaH

Гидрид кальция можно получить из кальция и водорода:

Химические свойства

NaH + H₂O → NaOH + H₂

2. При взаимодействии с кислотами гидриды металлов образуют соль и водород.

NaH + HCl → NaCl + H₂

3. Солеобразные гидриды проявляют сильные восстановительные свойства и взаимодействуют с окислителями (кислород, галогены и др.)

2NaH + O₂ = 2NaOH

Гидрид натрия также окисляется хлором :

NaH + Cl₂ = NaCl + HCl

Летучие водородные соединения

Соединения водорода с неметаллами — летучие водородные соединения.

Строение и физические свойства

Все летучие водородные соединения — газы (кроме воды).

Способы получения силана

Силан образуется при взаимодействии соляной кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непрореагировавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Способы получения фосфина

В лаборатории фосфин получают водным или кислотным гидролизом фосфидов – бинарных соединений фосфора и металлов.

Еще один лабораторный способ получения фосфина – диспропорционирование фосфора в щелочах.

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства силана

1. Силан — неустойчивое водородное соединение (самовоспламеняется на воздухе). При сгорании силана на воздухе образуется оксид кремния (IV) и вода:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

2. Силан разлагается водой с выделением водорода:

3. Силан разлагается (окисляется) щелочами :

4. Силан при нагревании разлагается :

Химические свойства фосфина

Соли фосфония неустойчивые, легко гидролизуются.

3. Как сильный восстановитель, фосфин легко окисляется под действием окислителей.

Серная кислота также окисляет фосфин:

С фосфином также реагируют другие соединения фосфора, с более высокими степенями окисления фосфора.

2PH₃ + 2PCl₃ → 4P + 6HCl

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O
H₂S + NaOH → NaНS + H₂O

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H₂S + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Химические свойства прочих водородных соединений

Кислоты образуют в водном растворе: водородные соединения VIA (кроме воды) и VIIA подгрупп.

Прочитать про химические свойства галогеноводородов вы можете здесь.

Физические свойства

Молекулы воды связаны водородными связями: nH₂O = (Н₂O)_n, поэтому вода жидкая в отличие от ее газообразных аналогов H₂S, H₂Se и Н₂Те.

Химические свойства

1.1. С активными металлами вода реагирует при комнатной температуре с образованием щелочей и водорода :

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Ag + Н₂O ≠

3. Вода взаимодействует с кислотными оксидами (кроме SiO₂):

4. Некоторые соли реагируют с с водой. Как правило, в таблице растворимости такие соли отмечены прочерком :

6. Бинарные соединения неметаллов также гидролизуются водой.

6. Некоторые органические вещества гидролизуются водой или вступают в реакции присоединения с водой (алкены, алкины, алкадиены, сложные эфиры и др.).

Источник

Водородная связь.

Водородная связь – связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы.

Механизм возникновения водородной связи – частично электростатический и частично донорно-акцепторный.

Характерной чертой водородной связи является расстояние между атомом водорода и другим атомом, её образующим. Оно должно быть меньше, чем сумма радиусов этих атомов.

Водородная связь подразделяется:

1. Межмолекулярная водородная связь образуется между молекулами веществ, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент – фтор, кислород, азот, хлор, сера. Сильно смещенная общая электронная пара от водорода к атому отрицательно заряженного элемента, при этом положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, приводит взаимодействие протона с неподеленной электронной парой другого атома или иона, обобществляя её.

Водородную связь обозначают точками, указывая, что она намного слабее ковалентной связи (примерно в 15-20 раз).

Межмолекулярная водородная связь: две молекулы воды и две молекулы уксусной кислоты с образованием циклической структуры

2. Внутримолекулярная водородная связь присутствует в многоатомных спиртах, углеводах, белках и других органических веществах.

Молекула салициловой кислоты.

Вещества с водородной связь имеют молекулярные кристаллические решетки, в узлах которой находятся молекулы.

Примеры: вода в виде льда, йод, хлор, бром, «сухой лёд» (твердый диоксид углерода), твёрдый аммиак, а также твёрдые органические вещества (метан, бензол, фенол, нафталин, белки и т.д.).

Физические свойства веществ с водородной связью.

Водородная связь обеспечивает низкомолекулярным веществам способность быть при обычных условиях в жидком агрегатном состоянии (этанол, метанол, вода) или сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).

Более высокая температура кипения воды (100 о С) по сравнению с водородными соединениями элементов подгруппы кислорода (Н₂S, Н₂Sе, Н₂Те), так как затрачивается дополнительная энергия на разрушение водородных связей.

Также при плавлении воды её плотность возрастает. Это объясняется тем, что в структуре льда каждый атом кислорода связан через атомы водорода с четырьмя другими атомами кислорода других молекул воды. В результате образуется рыхлая «ажурная» структура.

Источник

Водородные соединения. Оксиды

Урок 19. Химия 8 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Водородные соединения. Оксиды»

Само название «водородные соединения» говорит о том, что в состав данных соединений входит водород. К таким соединениям относятся гидриды и летучие водородные соединения. Давайте разберемся, в чем их отличие.

Гидриды – это бинарные соединения металлов I и II A групп с водородом. Например: CaH₂, NaH, BaH₂, LiH. Все эти гидриды твердые, нелетучие, тугоплавкие вещества с ионным типом связи.

Летучие водородные соединения – это бинарные соединения неметаллов с водородом. Эти соединения могут быть как жидкостями (например, Н₂О), так и газами (HCl, NH₃).

Рассмотрим свойства хлороводорода – HCl. Это бесцветный газ, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде. В 1 объёме воды растворяется 500 объёмов хлороводорода. Хлороводород «дымит» на воздухе, т.е. он поглощает пары воды из воздуха, образуя при этом туманное облако.

Раствор хлороводорода в воде называют соляной кислотой. Это бесцветная жидкость, «дымит» на воздухе, тяжелее воды. Соляная кислота содержится в желудочном соке человека и некоторых животных.

Известным и распространенным водородным соединением является аммиак – NH₃. Аммиак является бесцветным газом, имеет резкий запах, в 1 объёме воды растворяется 700 объёмов аммиака, он почти в 2 раза легче воздуха. Раствор аммиака в воде называют нашатырным спиртом, который широко используют в медицине.

Сероводород – H₂S – тоже известное летучее водородное соединение. Он является бесцветным газом, имеет запах тухлых яиц, ядовит, в 1 объеме воды растворяется 3 объёма сероводорода, он тяжелее воздуха.

В названии оксидов сначала указывают слово оксид в именительном падеже (от лат. названия кислорода – «оксигениум»), а затем название элемента в родительном падеже.

Например: CaO – оксид кальция, K₂O – оксид калия, Al₂O₃ – оксид алюминия. А если элемент имеет несколько степеней окисления или переменную валентность, то после названия оксида в скобках римскими цифрами указывают численное значение степени окисления. Например: Fe₂O₃ – оксид железа (III) (читается: «оксид железа три»), CuO – оксид меди (II) (читается: «оксид меди два»), CrO₃ – оксид хрома (VI) (читается: «оксид хрома шесть»).

По агрегатному состоянию оксиды делят на твёрдые: к ним относятся такие оксиды, как Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃ и др., жидкие оксиды – это H₂O, SO₃, газообразными являются такие оксиды, как СО₂, NO₂, SO₂ и др.

Познакомимся с вами с наиболее важными оксидами.

Вода – Н₂О – самое распространенное и самое необходимое вещество на планете. Почти ¾ поверхности земного шара занято водой. Однако, это вода морей и океанов, которая является солёной. Она непригодна для питья, для сельского хозяйства, для промышленности. Кроме того, тело человека на 2/3 состоит из воды. Вода составляет до 80% массы клетки и выполняет важные функции: защитную, транспортную и др. У некоторых медуз вода занимает почти 99% от массы тела. Содержание воды в огурцах и арбузах превышает 90%. Большинство реакций и процессов в различных отраслях промышленности тоже протекают в растворах. Однако запасы пресной воды малы, всего 3% от общего объёма, поэтому нужно беречь и экономить воду. Без воды невозможно представить жизнь человека, который потребляет ее для бытовых нужд.

В природе постоянно происходит круговорот воды. Под влиянием солнечного тепла часть воды испаряется в атмосферу. При охлаждении воздуха образуются водяные капельки, из которых состоят облака. Эти мелкие капельки сливаются в более крупные и выпадают на землю в виде осадков: снега, дождя, града.

Круговорот воды в природе

Еще одним известным оксидом является диоксид углерода, углекислый газ, или оксид углерода (IV) – CO₂. Это бесцветный газ, не имеет запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха. В 1 объёме воды растворяется 1 объем углекислого газа. В воздухе содержится 0,03% (по объему) диоксида углерода.

Большое количество углекислого газа вызывает удушье. Например, в «Собачьей пещере» вблизи Неаполя, известной еще из древности, заходившие сюда собаки постоянно погибали из-за скопившегося газа, который стелется по дну пещеры слоем до полуметра. Углекислый газ образуется при дыхании, сгорании топлива, тлении и гниении различных организмов. Большое содержание углекислого газа в минеральной воде «Нарзан», находящейся в Кисловодске. Углекислый газ используют для получения газированных вод, а твердый диоксид углерода, или «сухой лед» используют для хранения продуктов питания, в частности мороженого. Т.к. углекислый газ не поддерживает горение, его используют для тушения пожаров. В медицине углекислый газ используют для углекислотных ванн.

Негашеная известь, или СаО, является белым, тугоплавким веществом, которое энергично реагирует с водой, при этом образуется гашеная известь. Негашеная известь применяется для получения вяжущих строительных материалов.

Основная часть литосферы – это оксид кремния (IV) – SiO₂. Он входит в состав минералов и горных пород. Этот оксид образует кварц, кварцевый песок, кремнезем, горный хрусталь и др. соединения.

Еще одно соединение, которое является основой литосферы – это оксид алюминия – Al₂O₃. Он также входит в состав минералов и горных пород. Этот оксид образует корунд, рубин, сапфир, каолин и др. соединения.

Источник