Що відбувається, коли водень та кисень поєднуються?

Водень – високореактивне паливо. Молекули водню бурхливо реагують з киснем, коли існуючі молекулярні зв’язки розриваються і утворюються нові зв’язки між атомами кисню та водню. Оскільки продукти реакції знаходяться на нижчому енергетичному рівні, ніж реагенти, результатом є вибухонебезпечний викид енергії та виробництво води. Але водень не реагує з киснем при кімнатній температурі, для запалення суміші потрібне джерело енергії.

TL; DR (занадто довго; не читав)

Водень і кисень поєднуватимуться для отримання води – і віддаватимуть багато тепла в процесі.

Водневі та кисневі суміші

Водневі та кисневі гази змішуються при кімнатній температурі без хімічної реакції. Це відбувається тому, що швидкість молекул не забезпечує достатню кінетичну енергію для активації реакції під час зіткнень між реагентами. Утворюється суміш газів, яка може бурхливо реагувати, якщо в суміш буде введено достатню кількість енергії.

Енергія активації

Введення іскри в суміш призводить до підвищення температури серед деяких молекул водню та кисню. Молекули при більш високій температурі рухаються швидше і стикаються з більшою кількістю енергії. Якщо енергії зіткнення досягають мінімальної енергії активації, достатньої для “розриву” зв’язків між реагентами, то слід реакція між воднем та киснем. Оскільки водень має низьку енергію активації, для запуску реакції з киснем потрібна невелика іскра.

Екзотермічна реакція

Як і всі види палива, реагенти, в даному випадку водень і кисень, знаходяться на більш високому енергетичному рівні, ніж продукти реакції. Це призводить до чистого вивільнення енергії з реакції, і це відомо як екзотермічна реакція. Після того, як один набір молекул водню та кисню відреагував, виділена енергія запускає молекули в навколишній суміші реагувати, вивільняючи більше енергії. Результат – вибухова швидка реакція, яка швидко виділяє енергію у вигляді тепла, світла та звуку.

Поведінка електронів

На субмолекулярному рівні причина різниці в рівнях енергії між реагентами та продуктами криється в електронних конфігураціях. Атоми водню мають кожен електрон. Вони поєднуються в молекули двох, щоб вони могли ділити два електрони (по одному). Це пояснюється тим, що внутрішня найбільш електронна оболонка знаходиться в стані нижчої енергії (і, отже, більш стійкої), коли вона зайнята двома електронами. Атоми кисню мають вісім електронів кожен. Вони поєднуються в молекулах по два, поділяючи чотири електрони, так що їх зовнішні найбільш електронні оболонки повністю зайняті по вісім електронів. Однак набагато стійкіше вирівнювання електронів виникає, коли два атоми водню ділять електрон на один атом кисню. Потрібно лише невелику кількість енергії, щоб “вирвати” електрони реагентів “назовні” зі своєї орбіти, щоб вони могли перерівнятися в більш енергетично стійкому вирівнюванні, утворюючи нову молекулу H2O.

Продукція

Після електронної перестановки між воднем та киснем для створення нової молекули продуктом реакції є вода та тепло. Тепло може бути використане для виконання таких робіт, як керування турбінами нагріванням води. Продукція виробляється швидко завдяки екзотермічній, ланцюговій реакції цієї хімічної реакції. Як і всі хімічні реакції, реакція не є легко оборотною.

Як перетворити водень та кисень у воду

Вода – загальна назва сполуки дигідрогену кисню або H2O, яка складається з двох атомів водню, ковалентно пов’язаних з одним атомом кисню. У той час як вода може утворюватися за допомогою безлічі хімічних реакцій, найбільш ефективний спосіб створити молекулу води з кисню .

Що створюється, коли водень горить?

Який водень виділяється при спалюванні, залежить від його середовища та типу горіння, яке він проходить. Зазвичай вогонь може спалити два способи: його можна використовувати в ядерному синтезі, в таких потужних реакціях, як ті, які спричиняють горіння зірок, або він може спалитись на землі за допомогою багатих киснем .

Що утворюється, коли два або більше атомів поєднуються?

Атоми поєднуються, утворюючи іонні тверді речовини або ковалентні молекули. Коли різні типи атомів поєднуються, отримана молекула або решітчаста структура є сполукою.

Що відбувається, коли водень та кисень поєднуються?

Водень – високореактивне паливо. Молекули водню бурхливо реагують з киснем, коли існуючі молекулярні зв’язки розриваються і утворюються нові зв’язки між атомами кисню та водню. Оскільки продукти реакції знаходяться на нижчому енергетичному рівні, ніж реагенти, результатом є вибухонебезпечний викид енергії та виробництво води. Але водень не реагує з киснем при кімнатній температурі, для запалення суміші потрібне джерело енергії.

TL; DR (занадто довго; не читав)

Водень і кисень поєднуватимуться для отримання води – і віддаватимуть багато тепла в процесі.

Водневі та кисневі суміші

Водневі та кисневі гази змішуються при кімнатній температурі без хімічної реакції. Це відбувається тому, що швидкість молекул не забезпечує достатню кінетичну енергію для активації реакції під час зіткнень між реагентами. Утворюється суміш газів, яка може бурхливо реагувати, якщо в суміш буде введено достатню кількість енергії.

Енергія активації

Введення іскри в суміш призводить до підвищення температури серед деяких молекул водню та кисню. Молекули при більш високій температурі рухаються швидше і стикаються з більшою кількістю енергії. Якщо енергії зіткнення досягають мінімальної енергії активації, достатньої для “розриву” зв’язків між реагентами, то слід реакція між воднем та киснем. Оскільки водень має низьку енергію активації, для запуску реакції з киснем потрібна невелика іскра.

Екзотермічна реакція

Як і всі види палива, реагенти, в даному випадку водень і кисень, знаходяться на більш високому енергетичному рівні, ніж продукти реакції. Це призводить до чистого вивільнення енергії з реакції, і це відомо як екзотермічна реакція. Після того, як один набір молекул водню та кисню відреагував, виділена енергія запускає молекули в навколишній суміші реагувати, вивільняючи більше енергії. Результат – вибухова швидка реакція, яка швидко виділяє енергію у вигляді тепла, світла та звуку.

Поведінка електронів

На субмолекулярному рівні причина різниці в рівнях енергії між реагентами та продуктами криється в електронних конфігураціях. Атоми водню мають кожен електрон. Вони поєднуються в молекули двох, щоб вони могли ділити два електрони (по одному). Це пояснюється тим, що внутрішня найбільш електронна оболонка знаходиться в стані нижчої енергії (і, отже, більш стійкої), коли вона зайнята двома електронами. Атоми кисню мають вісім електронів кожен. Вони поєднуються в молекулах по два, поділяючи чотири електрони, так що їх зовнішні найбільш електронні оболонки повністю зайняті по вісім електронів. Однак набагато стійкіше вирівнювання електронів виникає, коли два атоми водню ділять електрон на один атом кисню. Потрібно лише невелику кількість енергії, щоб “вирвати” електрони реагентів “назовні” зі своєї орбіти, щоб вони могли перерівнятися в більш енергетично стійкому вирівнюванні, утворюючи нову молекулу H2O.

Продукція

Після електронної перестановки між воднем та киснем для створення нової молекули продуктом реакції є вода та тепло. Тепло може бути використане для виконання таких робіт, як керування турбінами нагріванням води. Продукція виробляється швидко завдяки екзотермічній, ланцюговій реакції цієї хімічної реакції. Як і всі хімічні реакції, реакція не є легко оборотною.

Як перетворити водень та кисень у воду

Вода – загальна назва сполуки дигідрогену кисню або H2O, яка складається з двох атомів водню, ковалентно пов’язаних з одним атомом кисню. У той час як вода може утворюватися за допомогою безлічі хімічних реакцій, найбільш ефективний спосіб створити молекулу води з кисню .

Що створюється, коли водень горить?

Який водень виділяється при спалюванні, залежить від його середовища та типу горіння, яке він проходить. Зазвичай вогонь може спалити два способи: його можна використовувати в ядерному синтезі, в таких потужних реакціях, як ті, які спричиняють горіння зірок, або він може спалитись на землі за допомогою багатих киснем .

Що утворюється, коли два або більше атомів поєднуються?

Атоми поєднуються, утворюючи іонні тверді речовини або ковалентні молекули. Коли різні типи атомів поєднуються, отримана молекула або решітчаста структура є сполукою.

Водень – характеристика, фізичні та хімічні властивості

Водень був відкритий в другій половині 18 століття англійським вченим в області фізики і хімії Г. Кавендішем. Він зумів виділити речовину в чистому стані, зайнявся її вивченням і описав властивості.

Така історія відкриття водню. В ході експериментів дослідник визначив, що це горючий газ, згоряння якого в повітрі дає воду. Це призвело до визначення якісного складу води.

Що таке водень

Про водень, як про просту речовину, вперше заявив французький хімік А.Лавуазьє в 1784 році, оскільки визначив, що до складу його молекули входять атоми одного виду.

Назва хімічного елемента по-латині звучить як hydrogenium (читається «гідрогеніум»), що означає «воду народжує». Назва відсилає до реакції Gorenje, в результаті якої утворюється вода.

Характеристика водню

Позначення водню Н.Менделєєв присвоїв цьому хімічному елементу перший порядковий номер, розмістивши його в головній підгрупі першої групи і першому періоді і умовно в головній підгрупі сьомої групи.

Атомна маса (атомна маса) водню становить 1,00797. Молекулярна маса H2 дорівнює 2 А.Е. молярна маса чисельно дорівнює їй.

Представлений трьома ізотопами, що мають спеціальну назву: найпоширеніший протій (H), важкий дейтерій (D), радіоактивний тритій (Т).

Це перший елемент, який може бути повністю розділений на ізотопи простим способом. Ґрунтується він на високій різниці мас ізотопів. Вперше процес був здійснений в 1933 році. Пояснюється це тим, що лише в 1932 році був виявлений ізотоп з масою 2.

Фізична властивість

У нормальних умовах проста речовина водень у вигляді двоатомних молекул є газом, без кольору, у якого відсутній смак і запах. Мало розчинний у воді та інших розчинниках.

Температура кристалізації-259,2 оС, температура кипіння – 252,8 оС. Діаметр молекул водню настільки малий, що вони мають здатність до повільної дифузії через ряд матеріалів (гума, скло, метали). Це властивість знаходить застосування, коли потрібно очистити водень від газоподібних домішок. При Н. У. Водень має густину, рівну 0,09 кг/м 3 .

Чи можливо перетворення водню в метал за аналогією з елементами, розташованими в першій групі? Вченими встановлено, що водень в умовах, коли тиск наближається до 2 млн.атмосфер, починає поглинати інфрачервоні промені, що свідчить про поляризацію молекул речовини. Можливо, при ще більш високих тисках, водень стане металом.

Це цікаво: є припущення, що на планетах-гігантах, Юпітері і Сатурні, водень знаходиться у вигляді металу. Передбачається, що в складі земного ядра теж присутній металевий твердий водень, завдяки надвисокому тиску, створюваному земною мантією.

Хімічна властивість

У хімічну взаємодію з воднем вступають як прості, так і складні речовини. Але малу активність водню потрібно збільшити створенням відповідних умов – підвищенням температури, застосуванням каталізаторів і ін.

При нагріванні в реакцію з воднем вступають такі прості речовини, як кисень (O2), хлор(Cl2), азот (N2), сірка(s).

Якщо підпалити чистий водень на кінці газовідвідної трубки в повітрі, він буде горіти рівно, але ледве помітно. Якщо ж помістити газовідвідну трубку в атмосферу чистого кисню, то Gorenje продовжиться з утворенням на стінках судини крапель води, як результат реакції:

Горіння водню супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Це екзотермічна реакція сполуки, в процесі якої водень окислюється киснем з утворенням оксиду H2O. це також і окислювально-відновна реакція, в якій водень окислюється, а кисень відновлюється.

Аналогічно відбувається реакція з Cl2 з утворенням хлороводню.

Для здійснення взаємодії азоту з воднем потрібна висока температура і підвищений тиск, а також присутність каталізатора. Результатом є аміак.

В результаті реакції з сіркою утворюється сірководень, розпізнавання якого полегшує характерний запах тухлих яєць.

Ступінь окислення водню в цих реакціях +1, а в гідридах, описуваних нижче, – 1.

При реакції з деякими металами утворюються гідриди, наприклад, гідрид натрію – NaH. Деякі з цих складних сполук використовуються як паливо для ракет, а також у термоядерній енергетиці.

Водень реагує і з речовинами з категорії складних. Наприклад, з оксидом міді (II), формула CuO. Для здійснення реакції, водень міді пропускається над нагрітим порошкоподібним оксидом міді (II). В ході взаємодії реагент змінює свій колір і стає червоно-коричневим, а на холодних стінках пробірки осідають крапельки води.

Водень в ході реакції окислюється, утворюючи воду, а мідь відновлюється з оксиду до простої речовини (Cu).

Галузь застосування

Водень має велике значення для людини і знаходить застосування в самих різних сферах:

• У хімічному виробництві – це сировина, в інших галузях – паливо. Не обходяться без водню і підприємства нафтохімії та нафтопереробки.
• В електроенергетиці це проста речовина виконує функцію охолоджуючого агента.
• У чорній і кольоровій металургії водню відводиться роль відновника.
• Сього допомогою створюють інертну середу при упаковці продуктів.
• Фармацевтична промисловість – користується воднем як реагентом у виробництві перекису водню.
• Цим легким газом наповнюють метеорологічні зонди.
• Відомий цей елемент і в якості відновника палива для ракетних двигунів.

Вчені одностайно пророкують водневому паливу пальму першості в енергетиці.

Отримання в промисловості

У промисловості водень отримують методом електролізу, якому піддають хлориди або гідроксиди лужних металів, розчинені у воді. Також можна отримувати водень цим способом безпосередньо з води.

Використовується в цих цілях конверсія коксу або метану з водяною парою. Розкладання метану при підвищеній температурі також дає водень. Зрідження коксового газу фракційним методом теж застосовується для промислового отримання водню.

Отримання в лабораторії

У лабораторії для отримання водню використовують апарат Кіппа.

В якості реагентів виступають соляна або сірчана кислота і цинк. В результаті реакції утворюється водень.

Знаходження водню в природі

Водень частіше за інших елементів зустрічається у Всесвіті. Основну масу зірок, в тому числі Сонця, і інших космічних тіл становить водень.

У земній корі його всього 0,15%. Він присутній у багатьох мінералах, у всіх органічних речовинах, а також у воді, що покриває на 3/4 поверхню нашої планети.

У верхніх шарах атмосфери можна виявити сліди водню в чистому вигляді. Знаходять його і в ряді горючих природних газів.