Hidrogén (H2).

Az előadások a következő témára: "Hidrogén (H2)."— Előadás másolata:

1 Hidrogén (H2)

2 a periódusos rendszer első kémiai eleme
igen ritkán fordul elő önálló atomként, legtöbbször kétatomos molekulákat alkot Normálállapotban színtelen, szagtalan, íztelen, nemfémes, egy vegyértékű, igen gyúlékony gáz Nagyon jó hővezető Vízben igen kis mértékben oldódik, nagyon jól oldódik egyes fémekben (palládium, platina, nikkel) a legkönnyebb és egyben a világegyetemben leggyakrabban előforduló elem A Földön leginkább vegyületeivel találkozhatunk: jelen van a vízben, szinte minden szerves vegyületben és minden élőlényben először Robert Boyle állította elő 1671-ben

3 Henry Cavendish fedezte fel 1766-ban, hogy önálló elem
A normálállapotú levegőnél sűrűsége 14,5-ször kisebb Fontos szerepe van az univerzum energiaellátásában a proton-proton reakción és a szén-nitrogén cikluson keresztül A hidrogén gyúlékony anyag, vízzé ég el 2H2+ O2 → 2H2O

4 A hidrogén jó redukálószer. A réz-oxidtól elvonja az oxigént.
A hidrogéngáz és az oxigéngáz keveréke durranógázt alkot. Ha meggyújtjuk, csattanó hanggal felrobban. (TILOS oxigént és hidrogént tartalmazó tartályok egymás melletti tárolása a robbanásveszély miatt!) A hidrogén jó redukálószer. A réz-oxidtól elvonja az oxigént. CuO + H2 → Cu + H2O Ugyanakkor a legkisebb elektronegativitású fémekkel ionkötésű hidrideket képez, tehát ekkor oxidálószer: Ca + H2 → CaH2

5 Előállítható alkálifém és víz reakciójával is:
Előállítása: Laboratóriumi előállítás: cinkre sósavat öntünk. Ekkor cink-klorid és hidrogén keletkezik. Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 Előállítható alkálifém és víz reakciójával is: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 A hidrogén a víz elektromos bontásával is előállítható (elektrolízissel). A hidrogén a katódon válik ki. 2H2O = O2 + 2H2 Ipari előállítás: metán és vízgőz reakciója. Ekkor szén-monoxid és hidrogén keletkezik. CH4 + H2O = CO + 3H2 Másik lehetséges előállítási mód, hogy izzó vascsövön vízgőzt vezetnek át: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

6 Izotópjai: A hidrogén leggyakoribb izotópja: 1H. Ennek a stabil izotópnak az atommagja egyetlen protonból áll; innen jön a prócium, a 1H ritkán használt neve. A másik stabil izotóp a deutérium, 2H, aminek magjában egy neutron is található. A deutérium az összes hidrogén kb. 0,0184–0,0082%-a. A hidrogén és a deutérium egyaránt az ősrobbanásban keletkezett; a fúziós reakciók eredményeként mennyiségük azóta folyamatosan csökken. A harmadik hidrogénizotóp a radioaktív trícium, 3H. A trícium atommagja két neutront tartalmaz a proton mellett. A földön a trícium a kozmikus sugárzás eredményeként keletkezik a légkörben, illetve a felszínen, ezért kiválóan alkalmas a beszivárgott és a felszín alatt messzire vándorolt vizek korának (a beszivárgás idejének) meghatározására.

7 Felhasználása: Az iparnak nagy mennyiségű hidrogénre van szüksége az ammónia előállításához (Haber-féle ammóniaszintézis), zsírok és olajok hidrogénezéséhez, és metil-alkohol (metanol) gyártásához. sósavgyártás, hegesztés, fémek redukciója rakétaüzemanyag Mivel 14 és félszer könnyebb a levegőnél, valamikor léghajók töltőgázaként is használták – gyúlékonysága miatt azonban ezzel felhagytak. A deutériumot, a hidrogén egyik izotópját (2H) maghasadás során moderátorként alkalmazzák, fúziós kísérletekben szintén használják. A tríciumot (3H) nukleáris reaktorokban állítják elő, hidrogénbomba gyártásához használható. Ezentúl biológiai kutatásokban jelölő izotóp lehet, illetve fényes festékekben a világító komponens. Elégethető belső égésű motorokban is, a Chrysler-BMW-nek vannak ilyen járművei. Újabban alternatív üzemanyagként az üzemanyagcellákban használják.

8 Oxigén (O2) az oxigéncsoport elemei közé tartozik a kénnel, a szelénnel, és a tellúrral együtt A rendszáma 8, a vegyjele O Vegyértékelektron-szerkezete: 2s22p4 a Föld leggyakoribb eleme, hiszen a földkéreg tömegének majdnem felét oxigén teszi ki (természetesen kötött állapotban), de az oxigén a világegyetem gyakoribb elemei közé is tartozik, hiszen az ötödik leggyakoribb elem

9 Joseph Priestley angol kémikus fedezte fel 1774-ben, de ő még deflogisztonizált levegőnek nevezte. Később Antoine Laurent de Lavoisier francia kémikus nevezte el oxigénnek színtelen, szagtalan, íztelen, kétatomos molekulákból álló anyag Folyékony és szilárd halmazállapotban kék színű Molekularácsban kristályosodik. Molekulája apoláris, benne kettős kötés található. Apoláris tulajdonsága miatt vízben rosszul, bár a nitrogénnél jobban oldódik

10 A vízben oldott oxigénnek jelentős élettani hatása van, csakúgy mint a légkörinek
Apoláris oldószerekben jól oldódik, ezért (is) okoz komoly problémát, ha olaj kerül a víz felszínére szobahőmérsékleten nem túl reakcióképes, ennek oka a kettős kötésben keresendő Magas hőmérsékleten az elemekkel exoterm reakcióban egyesül (égés) Erős oxidálószer (innen a folyamat neve), különösen az egyatomos oxigén, mely annyira reagens, hogy a természetben csak nagyon rövid ideig létezik (jelölése 'O')

11 reakciója fémekkel: reakciója nemfémes elemekkel: reakciója szervetlen vegyületekkel: reakciója szerves vegyületekkel: az ózonképződés egyenlete: (megfordítható)

12 Élettani szerepe: Az oxigén nélkülözhetetlen az élethez (a biológiai oxidáció folyamatához). Az ózon fertőtlenítő hatású. A légkör felső rétegeiben ózonréteget képezve véd az UV-sugaraktól, a földfelszín közelében lévő ózon azonban mérgező. Leggyakoribb oxigén vegyületek: hidridjei (víz és hidrogén-peroxid) szerves vegyületek, pl.: alkoholok, fenolok, karbonsavak, éterek, észterek, aldehidek, ketonok szervetlen savak különböző oxidok

13 Felhasználása: Nagy részét égőkben a befúvott levegő dúsítására használják a metanol, valamint az acél gyártásánál is fontos a szerepe Orvosi célokra is felhasználják A cseppfolyós oxigén a folyékony hajtóanyagú rakétákban a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges. Forgalomba nagynyomású, kék színű acélpalackban hozzák. Rendkívüli elővigyázatosságot igényel a palack használata a nagyfokú robbanásveszély miatt! Az ózont fertőtlenítésre, fehérítésre, italok érlelésére használják

14 Víz (H2O) A víz a Föld felületén megtalálható egyik leggyakoribb anyag, a földi élet alapja. A Föld felületének 71%-át víz borítja, ennek kb. 2,5%-a édesvíz, a többi sós víz, melyek a tengerekben, illetve óceánokban helyezkednek el. Az édesvízkészlet gleccserek és állandó hótakaró formájában található részét nem számítva, az édesvíz 98%-a felszín alatti víz, ezért különösen fontos a felszín alatti vizek védelme. Magyarország ivóvízellátásának több mint 95%-a felszín alatti vizeken alapszik. Kanada rendelkezik a legnagyobb édesvíz tartalékokkal, a források 25%-ával.

15 Élettani jelentősége:
Biológiai jelentősége óriási, a földi élet elképzelhetetlen nélküle a sejt- és testnedvek legnagyobb részét víz alkotja. A vér ozmózisnyomásának normál szinten tartásában is jelentős szerepe van. Sokszor ajánlják a napi 1,5-2 liter folyadék elfogyasztását azzal, hogy ez alapvető igénye szervezetünknek. Ezt azonban egyesek vitatják is, és azzal érvelnek, hogy az csak megterheli a vesét. A víz rendkívül fontos szerepet betöltő kémiai anyag, a Föld vízburkát alkotja, kitölti a világ óceánjait és tengereit, az ásványok és kőzetek alkotórésze, a növényi és állati szervezetek pótolhatatlan része. Nélkülözhetetlen az iparban, a mezőgazdaságban, a háztartásokban, a laboratóriumokban stb.

16 színtelen, szagtalan, íztelen folyadék
Az ivóvíz kellemes ízét a benne oldott anyagok okozzák A víz az egyetlen olyan anyag a Földön, amely mindhárom halmazállapotában megtalálható A víznek +4 C fokon a legnagyobb a sűrűsége. Télen a folyóknak és tavaknak csak a teteje fagy be, így a jég alatt megmarad az élővilág A jégben a vízmolekulák kristályt alkotnak, ennek neve: molekularács A víz jó oldószer. 1 liter vízből kb liter gőz keletkezik Nagy hőmérséklet hatására (Pl: olvadt fém), termikus bomlás (robbanás) következik be, ami annyit jelent, hogy alkotóelemeire bomlik