Учебное пособие Санкт-Петербург




НазваниеУчебное пособие Санкт-Петербург
страница4/18
Дата конвертации03.02.2013
Размер0.99 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

1.4 Химические свойства



Водород Н2 может проявлять восстановительные и окислительные свойства.

Связь Н−Н в молекуле водорода является одной из самых прочных -связей (табл. 1), поэтому термическая диссоциация Н2 происходит при температурах выше 2000С. Из-за высокой энтальпии связи и, значит, высокой энергии активации реакции, водород относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В обычных условиях молекулярный водород непосредственно взаимодействует с фтором и свежеполученным порошком урана, при облучении УФ-светом − с хлором и бромом, при нагревании же вступает во взаимодействие со многими неметаллами − кислородом, серой, селеном, азотом, углеродом, иодом и многими металлами. При определенных условиях реакции протекают быстро. Скорость и механизм реакций определяется партнёром по взаимодействию, а также природой используемого катализатора.

Активация молекул водорода может происходить при их адсорбции поверхностью металла с последующим гомолитическим


Н2(ад.) Н(ад.) + Н(ад)


или гетеролитическим разрывом связи


Н2(ад.) Н+(ад.) + Н(ад).


Аналогичные процессы могут протекать при взаимодействии молекул водорода с комплексными соединениями и ионами металлов, а также при столкновении с радикалами.

Примером гомолитической диссоциации является хемосорбция на поверхности платины, что и объясняет использование тонкоизмельченной платины в качестве катализатора при гидрировании алкенов, а также в реакциях гидроформилирования:


RCH=CH2 + CO + H2 RCH2 CH2 НC=O.


В настоящее время разрабатываются новые эффективные катализаторы, позволяющие осуществить эти процессы при комнатной температуре. Часто гидрирование и гидроформилирование проводят с использованием катализатора Уилкинсона − комплекса родия с трифенилфосфином [RhCl(P(C6H5)3)3], а также карбонильных комплексов кобальта.

Примером гетеролитической диссоциации служит реакция Н2 с поверхностью ZnO, в результате которой, по-видимому, образуются гидрид-ион, связанный с атомом Zn, и протон, связанный с атомом О:





Полагают, что такая реакция протекает в процессе каталитической гидрогенизации монооксида углерода до метанола:


СО(г) + 2Н2(г) СН3ОН(г),


которую осуществляют в огромном масштабе во всем мире. Другим примером служит последовательность превращений


H2 (г) + Cu2+ (aq)  [CuH]+ (aq) + H+ (aq)  Cu (тв)+ 2 H+(aq),


которая важна при гидрометаллургическом восстановлении Cu2+. Интермедиат [CuH]+ существует лишь непродолжительное время.

Реакции водорода с кислородом и галогенами протекают по радикальному цепному механизму. Чем легче реагирующее с водородом вещество образует свободные радикалы, тем энергичнее протекает процесс. Взаимодействие с хлором − пример неразветвленной цепной реакции. Инициирование реакции осуществляется путем термической или фотохимической диссоциации молекулы галогена с образованием атомов, содержащих неспаренный электрон, т.е. являющихся свободными радикалами:


Cl2 Cl + Cl (инициирование цепи),

Cl + H2  HCl + H (развитие цепи),

H + Cl2  HCl + Cl (развитие цепи).


Энергия активации для радикальной атаки низка, так как новая связь образуется при разрыве одинарной связи в молекуле. Обрыв цепи происходит при рекомбинации радикалов:


Сl + Cl  Cl2, H + H  H2 (обрыв цепи).


Инициируемая нагреванием (искрой) реакция водорода с кислородом − пример разветвленного цепного процесса, когда в стадиях развития цепи происходит увеличение числа радикалов:


H2  2 H (инициирование цепи),

H2 + O2  2OH (инициирование цепи),

H + O2  OH + O (развитие цепи),

O + H2  OH + H (развитие цепи),

OH + H2  H2O + H (развитие цепи).


Процесс имеет лавинообразный характер, и реакция может протекать с взрывом. Смеси водорода с воздухом, кислородом или хлором очень опасны, поэтому работать нужно только с чистым водородом. Такой водород сгорает на воздухе, давая бесцветное пламя с высокой температурой − порядка 2800С.

Выделение большого количества теплоты в вышеописанных реакциях свидетельствует о высокой энергии (прочности) связей H−Cl, H−O. Поэтому водород проявляет восстановительные свойства и по отношению ко многим оксидам и галогенидам, например:


CuO + H2  Cu + H2O(пар), Н0 = 86,6 кДж,

VCl2 + H2  V + 2HCl, Н0 = 76,6 кДж.


Водород можно использовать в качестве восстановителя не только для получения металлов, но их оксидов и галогенидов в низких степенях окисления:


Mn3O4 + H2  3MnO + H2O,

2FeCl3 + H2  2FeCl2 + 2HCl.


Чем выше температура, тем активнее водород. При 1000С он способен восстанавливать сульфаты до сульфидов:


BaSO4 + 4H2  BaS + 4 H2O.


Еще более сильным восстановителем является атомарный водород. Его получают, пропуская через молекулярный водород электрический разряд. Атомарный водород легко соединяется с азотом, серой, фосфором, мышьяком:


As (тв) + 3H (г)  AsH3 (г).


Молекулярный водород превращается в атомарный и при поглощении его (адсорбции) платиной или палладием, а также никелем. Указанные металлы являются хорошими катализаторами реакций гидрирования, например, получения твёрдых жиров из растительных. Высокодисперсная платина − платиновая чернь − вызывает самовозгорание водорода на воздухе (огниво Деберейнера).

Очень реакционноспособным является также «водород в момент выделения». При взаимодействии металла с кислотой ионы Н+ восстанавливаются до молекулярного водорода:


M + 2HCl  MCl2 + H2, (где M = Zn, Fe, Mg).


Реакция протекает через стадию образования атомов водорода, которые адсорбированы поверхностью металла:


+ + М  2Н(ад) + М2+.


Доля адсорбированных атомов водорода в образующимся Н2 невелика, но они проявляют сильную восстановительную активность. Водород «в момент выделения» легко восстанавливает многие соединения, например, CrCl3 в CrCl2:


2CrCl3 + (HCl) + Zn  2CrCl2 + ZnCl2 .


и часто используется для получения гидридов:


As2О3 + 6Zn + 12HCl  2AsH3 + 6ZnCl2 + 3Н2О.


В качестве окислителя водород выступает в реакциях с активными металлами:


2Na + H2  2NaH


Несмотря на то, что процесс образования гидрид-ионов Н является эндотермическим:


0,5 Н2 (г) + е  Н(г), Н0 = +150,5 кДж,


энергетические затраты на разрыв связи в молекулах Н2 компенсируются энергией, выделяющейся при образовании ионной кристаллической решетки гидрида.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Похожие:

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург
Учебное пособие предназначено для студентов II курса химических специальностей

Учебное пособие Санкт-Петербург iconНовые поступления в библиотеку балтийского русского института
Федералогия: учебное пособие / Р. Г. Абдулатипов. Санкт-Петербург: Питер, 2004. 320 с.: ил. (Учебное пособие)

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие санкт-петербург
Вязкость жидких сред: Учебное пособие / И. В. Степанова, А. В. Тарасов. – Спб.: Петербургский государственный университет путей сообщения,...

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург
Учебное пособие соответствует дисциплинам опд ф10 «Сети ЭВМ и телекоммуникации» государственного общеобразовательного стандарта направления...

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт Петербург 2002 удк 629. 76
Керножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. – с

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2001 2 удк 532. 517. 4 Б 43 Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие / И. А. Белов, С. А
Дан структурный анализ одного из важнейших направлений в исследовании турбулентных те

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2008 Авторы : Кокин В. Г., кандидат военных наук, доцент; Абликов В. И. Под общей редакцией
Учебное пособие предназначено для должностных лиц и специалистов го и рсчс организаций, преподавателей умц гочс и пб

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2007 Научный редактор: Шипицына Л. М. д б. н., проф., заслуж деят науки рф
Профилактика вич-инфекции у несовершеннолетних в образовательной среде: Учебное пособие / Под ред. Л. М. Шипицыной. – Спб, 2007

Учебное пособие Санкт-Петербург iconТехника и технические науки в целом 22. 30. 10я73 Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К. К. Кима. Санкт-Петербург и др. Питер, 2006. 367 с. (Учебное пособие)
Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К....

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие для студентов гуманитарных факультетов Санкт-Петербург


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница