Учебное пособие Санкт-Петербург




НазваниеУчебное пособие Санкт-Петербург
страница6/18
Дата конвертации03.02.2013
Размер0.99 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

1.6 Применение



Большие количества водорода расходуются непосредственно в промышленном синтезе химических веществ. При этом основным потребителем является производство аммиака (прямая реакция с N2), который в свою очередь идёт на получение азотной кислоты, органических аминов, пластмасс и удобрений.

Смесь водорода с монооксидом углерода (синтез-газ) применяется в производстве метанола:


CO + 2H2 CH3OH


и других органических соединений (альдегидов, высших алифатических спиртов). Часть водорода идёт на получение хлороводорода и соляной кислоты, гидрогенизацию твердого и жидкого топлива, растительных жиров, восстановление металлов (Mo, W, Fe) из оксидов.

При горении водорода в кислороде возникает высокая температура (до 2600С), позволяющая сваривать и резать тугоплавкие металлы, кварц. В лабораторной практике водород используют для создания восстановительной атмосферы, для синтеза гидридов и в качестве восстановителя. В атомной энергетике для осуществления реакций ядерного синтеза имеют большое значение изотопы водорода дейтерий и тритий. Соединение дейтерия с кислородом  тяжелая вода  является весьма эффективным замедлителем нейтронов в ядерных реакторах. Тяжёлую воду и дейтерий широко применяют в научных исследованиях.

Жидким водородом наполняют пузырьковые камеры, регистрирующие элементарные частицы и их превращения. Для работы этих устройств требуются в год десятки тонн жидкого водорода.

Водород обладает наибольшей теплотворной способностью из всех известных топлив. Жидкий водород используется в качестве ракетного топлива. Водородное топливо является экологически безопасным, т.к. при его сгорании образуется только вода. Поскольку основным потребителем энергии и одним из главных источников загрязнения атмосферы являются автомобили, то в во многих странах интенсивно ведутся работы по переводу автотранспорта с углеводородных топлив на водород. Причём наиболее перспективными являются разработки по использованию водорода не как топлива в двигателях внутреннего сгорания, а как восстановителя в топливных элементах  химических источниках тока. Так, компанией «Дженерал-моторс» создано универсальное автомобильное шасси с водородной энергетической установкой и электрическим приводом колёс. КПД автомобиля с водород-кислородным топливным элементом приближается к 100%, однако, в настоящее время массовое производство таких автомобилей сдерживается их высокой стоимостью и, главным образом, отсутствием сети специальных заправочных станций.

Применение водорода в энергетике имеет большие перспективы. Водород является универсальным источником энергии, получаемой как при непосредственном его сжигании, так и в топливных элементах. Подсчитано, что энергетические затраты на перекачивание водорода по трубопроводам меньше, чем потери энергии в линиях электропередачи. Однако перевозка или перекачка по трубам больших количеств жидкого водорода представляет серьезную опасность, так как водород в отличие от метана образует взрывчатые смеси с кислородом в очень широком диапазоне концентраций. Особенно опасно попадание кислорода в жидкий водород. Поэтому в настоящее время активно изучаются сплавы на основе переходных металлов, способные аккумулировать значительные количества водорода.


2 ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ




2.1 Краткая характеристика



В главную подгруппу I группы периодической системы входят элементы: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. В свободном виде это блестящие серебристо-белые (цезий с бледно-золотистым оттенком) металлы; они легкие, мягкие и пластичные. Литий пластичен как свинец, натрий подобен воску, а K, Rb и Cs − еще мягче. Металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу. На воздухе металлы окисляются и покрываются тёмно-серым налётом, причём рубидий и цезий воспламеняются и сгорают. Поэтому металлы хранят под слоем керосина или вазелинового масла. Франций радиоактивен и не имеет долгоживущих изотопов, поэтому малодоступен для исследования; его свойства изучены слабо.

В твёрдом состоянии щелочные металлы имеют кубическую объёмно-центрированную решетку с ярко выраженным металлическим типом химической связи. В газообразном состоянии металлы существуют в виде смеси атомов и двухатомных молекул М2. Содержание в парах молекул М2 увеличивается с ростом температуры, но не превышает нескольких процентов. Существование двухатомных молекул указывает на возможность образования атомами щелочных металлов ковалентных связей, прочность которых понижается от Li к Cs.

Атомы щелочных металлов обладают единственным s-электроном на внешнем электронном слое:


Li 1s2 2s1

Na 1s22s22p6 3s1

K 1s22s22p63s23p6 4s1

Rb 1s22s22p63s23p63d104s24p6 5s1

Cs 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 6s1

Fr 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6 7s1.


Валентный электрон легко удаляется из атома, о чём свидетельствуют низкие значения энергии ионизации I1 (табл. 2.1), при этом образуются устойчивые однозарядные ионы М+ с электронной конфигурацией благородных газов. Очень высокие значения энергий отрыва второго электрона I2 показывают невозможность образования ионов М2+. Поэтому в соединениях щелочных металлов связь преимущественно ионная, а степень окисления металла +1.

Необходимо отметить, что по строению предпоследнего электронного слоя полными электронными аналогами являются Na, K, Rb, Cs и Fr. У атома же лития на предпоследнем электронном слое находится два, а не восемь электронов. Это обстоятельство, а также очень маленькие атомный и ионный радиусы лития (табл. 2.1), обуславливают отличия его свойств от других щелочных металлов.

Таблица 2.1 − Некоторые свойства элементов I группы, главной подгруппы

Свойство

Li

Na

K

Rb

Cs

Металлический радиус, нм

0,152

0,186

0,227

0,248

0,265

Ионный радиус Э+, нм

0,068

0,102

0,138

0,149

0,170

Радиус гидратированного иона, нм

0,340

0,276

0,232

0,228

0,228

Энергия атомизации кДж/моль (298 К)

161

108

90

82

79

Энтальпия гидратации , кДж/моль

−500

−390

−305

−280

−246

Энергии ионизации, эВ

I1, Э0  Э+ + е

I2, Э+  Э2+ + е


5,390

75,62


5,138

47,29


4,339

31,81


4,176

27,36


3,893

23,4

Электроотрицательность (по Полингу)

0,98

0,93

0,82

0,82

0,79

Температура плавления, С

180,5

97,8

63,6

39,5

28,4

Температура кипения, С

1336,6

882,9

760

685

667,6

Плотность, г/см3

0,539

0,97

0,86

1,5

1,9

Твёрдость по шкале Мооса

0,6

0,4

0,5

0,3

0,2

Содержание в земной коре, масс.%

6,510–3

2,27

1,84

7,810–3

710–9

Стандартный электродный потенциал Е0+/Э), В

− водный раствор

− расплав



−3,04

−2,10



−2,71

−2,43



−2,93

−2,61



−2,98

−2,74



−3,03

−2,91



Электронное строение определяет металлические свойства щелочных металлов  блеск, высокую электро- и теплопроводность, пластичность, низкие температуры плавления и кипения (табл. 2.1). Запаянные в ампулы натрий можно расплавить в кипящей воде, а цезий − в ладони руки. Примечательно, что литий самый лёгкий из всех известных металлов, и он не тонет в керосине (керосин  0,8 г/см3).

При движении по группе сверху вниз радиус атомов щелочных металлов возрастает, что объясняется увеличением числа электронных слоёв. Относительно небольшое увеличение радиуса при переходе от калия к рубидию и далее к цезию связано с эффектом сжатия электронных оболочек при заполнении 3d- и 4d-подуровней. Соответственно росту атомного радиуса в ряду Li – Fr уменьшается связь внешнего электрона с атомом, а, следовательно, растёт химическая активность металлов. Низкие энергии ионизации атомов определяют ярко выраженный электроположительный характер элементов, их сильные восстановительные свойства.

Имея электронную конфигурацию атомов благородных газов, ионы щелочных металлов М+ слабо поляризуются. Это объясняет тот факт, что большинство соединений щелочных металлов имеют ионные кристаллические решётки. Радиусы ионов закономерно возрастают от Li+ к Cs+. Однако размеры гидратированных катионов [М(Н2О)n]+ изменяются в противоположном направлении, поскольку наименьший по размеру ион Li+ сильнее других притягивает к себе полярные молекулы воды, образуя наибольшую по размеру многослойную гидратную оболочку, включающую до 26 молекул воды (табл. 2.1).

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