Waterstofoxide: bereiding en eigenschappen

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

De belangrijkste en meest verspreide stof op onze planeet is natuurlijk water. Wat kan ermee vergeleken worden in belang? Het is bekend dat leven op aarde pas mogelijk werd met de komst van vloeistof. Wat is water (waterstofoxide) vanuit chemisch oogpunt? Waar bestaat het uit en welke eigenschappen heeft het? Laten we proberen dit artikel te begrijpen.

Waterstof en zijn verbindingen

Het lichtste atoom in het hele periodiek systeem is waterstof. Het neemt ook een dubbele positie in, zowel in de subgroep van halogenen als in de eerste groep van alkalimetalen. Wat verklaart dergelijke functies? De elektronische structuur van de schaal van zijn atoom. Het heeft slechts één elektron, dat vrij is om zowel weg te gaan als een ander aan zichzelf te hechten, een paar vormt en het buitenste niveau voltooit.

Daarom zijn de belangrijkste en enige oxidatietoestanden van dit element +1 en -1. Het reageert gemakkelijk met metalen en vormt hydriden - vaste niet-vluchtige zoutachtige verbindingen met een witte kleur.

Waterstof vormt echter ook gemakkelijk vluchtige moleculen van stoffen die in wisselwerking staan met niet-metalen. Bijvoorbeeld:

• waterstofsulfide H₂S;
• methaanCH₄;
• silaan SiH₄ en anderen.

In het algemeen vormt waterstof vrij veel verbindingen. De belangrijkste stof waarin het is opgenomen, is echter waterstofoxide, met de formule H₂O. Dit is de meest bekende verbinding die zelfs een basisschoolleerling die nog niet bekend is met scheikunde herkent aan de formule. Water (en dit is het hoogste waterstofoxide) is immers niet alleen een veelvoorkomende stof, maar ook een bron van leven op onze planeet.

De naam van het element weerspiegelt de belangrijkste essentie ervan - waterstof, dat wil zeggen "water baren". Net als elk ander oxide is dit ook een binaire verbinding met een aantal fysische en chemische eigenschappen. Daarnaast zijn er speciale eigenschappen die water onderscheiden van alle andere verbindingen.

Een belangrijke klasse van verbindingen die waterstof vormen, zijn zuren, zowel organische als minerale.

Chemische eigenschappen van waterstof

Vanuit het oogpunt van chemische activiteit is waterstof een vrij sterk reductiemiddel. In veel reacties vertoont het precies dergelijke eigenschappen. Bij interactie met nog sterkere metalen wordt het echter een oxidatiemiddel.

Heel belangrijk in de industrie is de interactie van waterstof met metaaloxiden. Dit is tenslotte een van de manieren om dat laatste in zijn puurste vorm te krijgen. Hydrogenthermie is een metallurgische methode voor de synthese van zuivere metalen uit hun oxiden door reductie met waterstof.

De reactie van waterstof met oxide heeft de volgende algemene vorm:Me_xO_y + H₂=H₂O + Ik.

Dit is natuurlijk niet de enige manier om pure metalen te synthetiseren. Er zijn anderen. De reductie van oxiden met waterstof is echter een energetisch behoorlijk winstgevend en ongecompliceerd productieproces dat brede toepassing heeft gevonden.

Interessant is ook dat waterstofgas bij vermenging met lucht een zeer explosief mengsel kan vormen. De naam is explosief gas. Om dit te doen, moet het mengen worden gedaan met een snelheid van twee volumes waterstof per zuurstof.

Water is waterstofoxide

Het feit dat dit oxide erg belangrijk is, hebben we al meerdere keren genoemd. Laten we het nu karakteriseren in termen van chemie. Behoort deze verbinding echt tot deze klasse van anorganische stoffen?

Om dit te doen, zal hij proberen de formule iets anders te schrijven: H₂O=HON. De essentie is hetzelfde, het aantal atomen is hetzelfde, maar nu is het duidelijk dat we hydroxide voor ons hebben. Welke eigenschappen moet het hebben? Overweeg de dissociatie van de verbinding:

NON=H⁺ + OH^-.

Daarom zijn de eigenschappen zuur, omdat waterstofkationen in de oplossing aanwezig zijn. Bovendien kunnen ze niet basisch zijn, omdat alkaliën alleen metalen vormen.

Daarom is een andere naam met waterstofoxide een zuurstofhoudend zuur met de eenvoudigste samenstelling. Aangezien dergelijke complexe interliniëring kenmerkend is voor een bepaald molecuul, zullen de eigenschappen ervan speciaal zijn. En de eigenschappen worden afgestoten vande structuur van het molecuul, dus we zullen het analyseren.

De structuur van het watermolecuul

Voor de eerste keer dacht Niels Bohr aan dit model, en hij bezit het primaat en het auteurschap in deze kwestie. Ze hebben de volgende eigenschappen geïnstalleerd.

1. Het watermolecuul is een dipool, omdat de elementen waaruit het bestaat sterk verschillen in elektronegativiteit.
2. De driehoekige vorm, waterstof aan de basis en zuurstof aan de bovenkant.
3. Door deze structuur kan deze stof waterstofbruggen vormen, zowel tussen moleculen met dezelfde naam als met andere verbindingen die een sterk elektronegatief element in hun samenstelling hebben.

Zie hoe het waterstofoxide in kwestie er schematisch uitziet op de onderstaande foto.

Fysieke eigenschappen van waterstofoxide

Er kunnen verschillende hoofdkenmerken worden geïdentificeerd.

1. Aggregatietoestand: gasvormig - stoom, vloeibaar, vast - sneeuw, ijs.
2. Kookpunt - 100⁰C (99, 974).
3. Smeltpunt - 0⁰C.
4. Water kan krimpen bij verhitting in het temperatuurbereik van 0-4⁰C. Dit verklaart de vorming van ijs op het oppervlak, dat een lagere dichtheid heeft en het behoud van leven onder de dikte van waterstofoxide.
5. Hoge warmtecapaciteit maar zeer lage thermische geleidbaarheid.
6. In vloeibare toestand vertoont waterstofoxide viscositeit.
7. Oppervlaktespanning en de vorming van negatiefelektrische potentiaal op het wateroppervlak.

Zoals we hierboven hebben opgemerkt, zijn de kenmerken van de eigenschappen afhankelijk van de structuur. Dus hier. Het vermogen om waterstofbruggen te vormen heeft geleid tot vergelijkbare eigenschappen in deze verbinding.

Waterstofoxide: chemische eigenschappen

Vanuit het oogpunt van chemie is de activiteit van water vrij hoog. Vooral als het gaat om reacties die gepaard gaan met verhitting. Waar kan waterstofoxide mee reageren?

1. Met metalen, die in een reeks spanningen tot waterstof zijn. Tegelijkertijd zijn bij de meest actieve (tot aluminium) geen speciale omstandigheden nodig en reageren die met een lager reducerend vermogen alleen met stoom. Degenen die achter waterstof staan, zijn helemaal niet in staat om dergelijke interacties aan te gaan.
2. Met niet-metalen. Niet bij iedereen, maar bij de meerderheid. In een atmosfeer van fluor brandt water bijvoorbeeld met een violette vlam. Ook is reactie mogelijk met chloor, koolstof, silicium en andere atomen.
3. Met metaaloxiden (basisch) en zuur (niet-metalen). Er worden respectievelijk alkaliën en zuren gevormd. Onder metalen zijn vertegenwoordigers van de eerste twee groepen van de belangrijkste subgroepen in staat tot dergelijke reacties, behalve magnesium en beryllium. Niet-metalen die zure oxiden vormen, hebben allemaal een wisselwerking met water. De uitzondering is rivierzand - SiO₂.

De reactievergelijking voor waterstofoxide is als voorbeeld: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Verspreid in de natuur

We hebben al ontdekt dat deze stof -de meest verspreide ter wereld. Laten we het percentage in objecten aangeven.

1. Ongeveer 70% van het lichaamsgewicht van mensen en zoogdieren. Sommige fauna bestaat voor ongeveer 98% uit waterstofoxide (kwal).
2. 71% van de aarde is bedekt met water.
3. De grootste massa is het water van de oceanen.
4. Ongeveer 2% wordt gevonden in gletsjers.
5. 0, 63% ondergronds.
6. 0.001% is atmosferisch (mist).
7. Het lichaam van planten bestaat voor 50% uit water, sommige soorten zelfs meer.
8. Veel verbindingen komen voor als kristallijne hydraten die gebonden water bevatten.

Deze lijst kan nog lang worden voortgezet, omdat het moeilijk is om iets te onthouden dat geen water bevat of ooit niet bevatte. Of gevormd zonder de deelname van dit oxide.

Methoden om te verkrijgen

Het verkrijgen van waterstofoxide heeft geen industriële waarde. Het is immers gemakkelijker om kant-en-klare bronnen te gebruiken - rivieren, meren en andere watermassa's dan om een enorme hoeveelheid energie en reagentia uit te geven. Daarom is het in het laboratorium alleen geschikt om gedestilleerd, zeer zuiver water te verkrijgen.

Voor deze doeleinden worden bepaalde apparaten gebruikt, zoals destillatiekubussen. Dergelijk water is nodig voor het uitvoeren van veel chemische interacties, omdat onbehandeld water een grote hoeveelheid onzuiverheden, zouten en ionen bevat.

Biologische rol

Zeggen dat overal water wordt gebruikt, is een understatement. Het is ondenkbaar om je leven voor te stellen zonder deze verbinding. Van de's morgens en tot het vallen van de avond gebruikt een persoon het voortdurend voor zowel huishoudelijke als industriële doeleinden.

De eigenschappen van waterstofoxide betekenen het gebruik ervan als universeel oplosmiddel. En niet alleen in het laboratorium. Maar ook in levende wezens, waar elke seconde duizenden biochemische reacties plaatsvinden.

Water zelf is ook een deelnemer aan veel syntheses, het dient ook als een bijproduct dat daaruit voortkomt. Elke persoon op aarde passeert in 60 jaar ongeveer 50 ton van deze verbazingwekkende stof!

Gebruikt waterstofoxide:

• in alle industrieën;
• geneeskunde;
• chemische syntheses;
• in alle soorten industrieën;
• huishoudelijke behoeften;
• landbouw.

Het is moeilijk om een levensgebied te definiëren waarin je zonder water kunt. De enige levende wezens die geen waterstofoxide in hun samenstelling hebben en zonder waterstofoxide leven, zijn virussen. Daarom is het voor een persoon moeilijk om deze organismen te bestrijden.