Водород Н – самый распространенный элемент Вселенной, 5 место на Земле. Вода, минералы, все живые существа. Положение в ПС Н: 1s 1, 1 группа или 17 группа??? 1 группа: один валентный электрон, образует H +. Но неметалл!! 17 группа: H - - гидрид ион (X - ), H 2 (Х 2 )

Изотопы водорода 1 H – протий; 2 H, D – дейтерий; 3 H, T – тритий (радиоактивный изотоп, 1/2 = 12,4 года) (производство трития для термоядерного оружия) Т(кипения) для Н 2 = -252,8 о С Т(кипения) для D 2 = -249,7 о С Т(кипения) для Н 2 O = 100,00 о С Т(кипения) для D 2 O = 101,42 о С

Изотопный эффект Влияние на скорости реакций (образуются или разрываются связи с участием водорода) 2H + +2e H 2 2D + +2e D 2 идет медленнее, можно сконцентрировать D 2 O! Колебательная спектроскопия Частота колебаний связи Э-D всегда меньше, чем для связи Э-Н = 1/2 ( / ) 1/2

Получение диводорода Каталитическая конверсия метана водяным паром (1000 о С) CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 (соотношение 1:3) Газификация угля (1000 о С) C + H 2 O CO + H 2 (соотношение 1:1) Для увеличения доли диводорода: CO + H 2 O CO 2 + H 2 Электролиз воды (электролит H 2 SO 4, NaOH, Na 2 SO 4 ) H 2 O H 2 + 1/2O 2

Применение диводорода WO 3 + 3H 2 W + 3H 2 O H2H2 CH 3 OH –C–C– M NH 3 Топливо –C=C– COM+M+ N2N2 Химическое производство Маргарин Топливные элементы, ракетное топливо Удобрения, пластмассы Производство металлов

Водородная энергетика Основной вид топлива – диводород, получаемый из воды (электролиз воды или фотохимическое разложение воды в присутствии солнечного света и катализаторов типа TiO 2 ). 2H 2 + O 2 2H 2 O Вода не обладает парниковым эффектом (глобальное потепление)

Основные типы соединений Степень окисления Электронная конфиг. ПримерыOx/red свойства 0H, 1s 1 H 2, HВосстанови- тель, редко окислитель +1H+H+ H 2 O, HCl, KOH Только окислитель H -, 1s 2 NaH, CaH 2, NaBH 4 Сильный восстанови- тель

Н 2 восстановитель CuO(тв) + H 2 (г) Cu(тв) + H 2 O(г) H 2 + Cl 2 2HCl 2H 2 + O 2 2H 2 O Цепной радикальный механизм, быстро (со взрывом) Н 2 окислитель (не характерно) H 2 + 2Na 2Na + H - (ионное соединение)

Н + только окислитель 2HCl + Zn ZnCl 2 + H 2 2H + + 2e H 2 Н - сильный восстановитель NaH + H 2 O NaOH + H 2 Способность к комплексообразованию Н + акцептор электронной пары – Н 3 О +, NH 4 + H- донор электронной пары – [BH 4 ] -, [AlH 4 ] -

Реакции диводорода Низкая реакционная способность H 2 Гомолитический разрыв связи Н-Н: H-H H. + H. ΔH o = 434 кДж/моль

Реакции диводорода Хемосорбция на поверхности Pt Реакции окислительного присоединения характерны для Ir(I), Rh(I), Pt(0)

Реакции диводорода Гетеролитический разрыв связи Н-Н H-H H + + H -

Диводород как лиганд [W(CO) 3 (H 2 )(i-Pr 3 P) 2 ]

Бинарные соединения с водородом Молекулярные соединения Ионные гидриды Металлоподобные гидриды

Молекулярные соединения Электронодостаточные молекулярные соединения – все валентные электроны центрального атома участвуют в образовании связей. (2с-2е)-связи. 14 группа CH 4, C 2 H 6, SiH 4 (силан), GeH 4 (герман) Электронодефицитные молекулярные соединения. (3с-2е)- связи. Характерны для 13 группы (B и Al) B 2 H 6 – диборан (3х2 + 6 = 12 валентных электронов, а связей 8!)

Электроноизбыточные соединения – есть свободные электронные пары. Характерны для элементов 15, 16 и 17 групп. NH 3, H 2 O, HF Важное свойство электроноизбыточных соединений водорода – способность образовывать водородные связи (уникальное сочетание неподеленных электронных пар и + на атомах водорода). (HF) x (H 2 O) x - лед

Сравнение водородной и ковалентной связей Водородная связь (кДж/моль) Ковалентная связь (кДж/моль) NH 2 - H…NH 3 17N-H386 HO-H…OH 2 22O-H464 F-H…F-H29F-H565 [F…H…F] (!)F-H565

[Cl-H …. Cl] - 1,37 Å 1,85 Å [F …. H …. F] - 1,13 Å

Металлоподобные гидриды Хорошо проводят электрический ток и имеют переменный состав. Пример: при 550 о С цирконий образует гидриды состава от ZrH 1,30 до ZrH 1,75 флюорит, CaF 2

Получения сверхчистого диводорода Материалы для хранения водорода LaNi 5 образует соединение LaNi 5 H 6 (плотность водорода выше, чем в жидком диводороде). Менее дорогое соединение FeTiH x (x 1,95) – источник водорода в летательных аппаратах.

Атомарный водород Н Гораздо более реакционноспособен, чем Н 2 Получение 1) Из диводорода в электрическом разряде 2) Водород в момент выделения MnO 4 - +H 2 + H + НЕТ реакции MnO H + 3H + Mn 2+ +4H 2 O

При действии электрического разряда на диводород зафиксированы в газовой фазе H 2 + и H 3 + H 3 + обнаружен в межзвездном пространстве и в атмосфере Урана, Сатурна и Юпитера