La sostanza più importante e diffusa sul nostro pianeta è, ovviamente, l'acqua. Che cosa può essere paragonato ad esso per importanza? È noto che la vita sulla Terra è diventata possibile solo con l'avvento del liquido. Che cos'è l'acqua (ossido di idrogeno) da un punto di vista chimico? In cosa consiste e quali proprietà ha? Proviamo a capire questo articolo.
Idrogeno e suoi composti
L'atomo più leggero nell'intera tavola periodica è l'idrogeno. Occupa inoltre una doppia posizione, trovandosi sia nel sottogruppo degli alogeni che nel primo gruppo dei metalli alcalini. Cosa spiega tali caratteristiche? La struttura elettronica del guscio del suo atomo. Ha un solo elettrone, che è libero di andarsene e di attaccarne un altro a se stesso, formando una coppia e completando il livello esterno.
Ecco perché i principali e unici stati di ossidazione di questo elemento sono +1 e -1. Reagisce facilmente con i metalli, formando idruri - composti solidi non volatili simili al sale di colore bianco.
Tuttavia, l'idrogeno forma facilmente anche molecole volatili di sostanze, interagendo con i non metalli. Ad esempio:
- acido solfidrico H2S;
- metanoCH4;
- silano SiH4 e altri.
In generale, l'idrogeno forma molti composti. Tuttavia, la sostanza più importante in cui è inclusa è l'ossido di idrogeno, la cui formula è H2O. Questo è il composto più famoso che anche uno studente di scuola primaria che non ha ancora familiarità con la chimica riconosce dalla formula. Dopotutto, l'acqua (e questo è il più alto ossido di idrogeno) non è solo una sostanza comune, ma anche una fonte di vita sul nostro pianeta.
Il nome stesso dell'elemento riflette la sua essenza principale: l'idrogeno, cioè "dare vita all'acqua". Come ogni altro ossido, anche questo è un composto binario con numerose proprietà fisiche e chimiche. Inoltre, ci sono caratteristiche speciali che distinguono l'acqua da tutti gli altri composti.
Anche un'importante classe di composti che formano l'idrogeno sono gli acidi, sia organici che minerali.
Proprietà chimiche dell'idrogeno
Dal punto di vista dell'attività chimica, l'idrogeno è un agente riducente abbastanza forte. In molte reazioni, mostra proprio tali proprietà. Tuttavia, quando interagisce con metalli ancora più forti, diventa un agente ossidante.
Molto importante nell'industria è l'interazione dell'idrogeno con gli ossidi metallici. Dopotutto, questo è uno dei modi per ottenere quest'ultimo nella sua forma più pura. L'idrogentermia è un metodo metallurgico per la sintesi di metalli puri dai loro ossidi mediante riduzione con idrogeno.
La reazione dell'idrogeno con l'ossido ha la seguente forma generale:IoxOy + H2=H2O + Io.
Ovviamente, questo non è l'unico modo per sintetizzare metalli puri. Ce ne sono altri. Tuttavia, la riduzione degli ossidi con l'idrogeno è un processo produttivo energeticamente abbastanza redditizio e semplice che ha trovato ampia applicazione.
Anche interessante è il fatto che quando mescolato con l'aria, l'idrogeno gassoso può formare una miscela altamente esplosiva. Il suo nome è gas esplosivo. Per fare ciò, la miscelazione deve essere eseguita alla velocità di due volumi di idrogeno per un ossigeno.
L'acqua è ossido di idrogeno
Il fatto che questo ossido sia molto importante, lo abbiamo già menzionato più volte. Ora caratterizziamolo in termini di chimica. Questo composto appartiene davvero a questa classe di sostanze inorganiche?
Per fare questo, proverà a scrivere la formula in modo leggermente diverso: H2O=HON. L'essenza è la stessa, il numero di atomi è lo stesso, però ora è ovvio che abbiamo l'idrossido di fronte a noi. Che proprietà dovrebbe avere? Considera la dissociazione del composto:
NON=H+ + OH-.
Di conseguenza, le proprietà sono acide, poiché nella soluzione sono presenti cationi idrogeno. Inoltre, non possono essere di base, perché gli alcali formano solo metalli.
Pertanto, un altro nome che ha ossido di idrogeno è un acido contenente ossigeno della composizione più semplice. Poiché tali intrecci complessi sono caratteristici di una data molecola, quindi, le sue proprietà saranno speciali. E le proprietà vengono respintela struttura della molecola, quindi la analizzeremo.
La struttura della molecola d'acqua
Per la prima volta, Niels Bohr ha pensato a questo modello e possiede il primato e la paternità in questa materia. Hanno installato i seguenti tratti.
- La molecola d'acqua è un dipolo, poiché gli elementi che la compongono differiscono notevolmente per l'elettronegatività.
- La sua forma triangolare, gli idrogeni alla base e l'ossigeno alla sommità.
- Grazie a questa struttura, questa sostanza è in grado di formare legami idrogeno, sia tra le molecole omonime, sia con altri composti che hanno un elemento fortemente elettronegativo nella loro composizione.
Guarda come appare schematicamente l'ossido di idrogeno in questione nella foto qui sotto.
Proprietà fisiche dell'ossido di idrogeno
Si possono identificare diverse caratteristiche principali.
- Stato di aggregazione: gassoso - vapore, liquido, solido - neve, ghiaccio.
- Punto di ebollizione - 1000C (99, 974).
- Punto di fusione - 00C.
- L'acqua è in grado di restringersi quando riscaldata nell'intervallo di temperatura da 0-40C. Questo spiega la formazione di ghiaccio sulla superficie, che ha una densità inferiore e la conservazione della vita sotto lo spessore dell'ossido di idrogeno.
- Elevata capacità termica ma conducibilità termica molto bassa.
- Nello stato liquido, l'ossido di idrogeno mostra viscosità.
- Tensione superficiale e formazione di negativipotenziale elettrico sulla superficie dell'acqua.
Come abbiamo notato sopra, le caratteristiche delle proprietà dipendono dalla struttura. Ecco. La capacità di formare legami idrogeno ha portato a caratteristiche simili in questo composto.
Ossido di idrogeno: proprietà chimiche
Dal punto di vista della chimica, l'attività dell'acqua è piuttosto elevata. Soprattutto quando si tratta di reazioni accompagnate da riscaldamento. Con cosa può reagire l'ossido di idrogeno?
- Con i metalli, che in una serie di voltaggi sono fino all'idrogeno. Allo stesso tempo, con i più attivi (fino all'alluminio), non sono necessarie condizioni speciali e quelli con una capacità riducente inferiore reagiscono solo con il vapore. Quelli che seguono l'idrogeno non sono affatto in grado di entrare in tali interazioni.
- Con i non metalli. Non con tutti, ma con la maggioranza. Ad esempio, in un'atmosfera di fluoro, l'acqua brucia con una fiamma viola. Anche la reazione è possibile con cloro, carbonio, silicio e altri atomi.
- Con ossidi metallici (basici) e acidi (non metallici). Si formano rispettivamente alcali e acidi. Tra i metalli, i rappresentanti dei primi due gruppi dei sottogruppi principali sono capaci di tali reazioni, ad eccezione del magnesio e del berillio. I non metalli che formano ossidi acidi interagiscono tutti con l'acqua. L'eccezione è la sabbia di fiume - SiO2.
L'equazione di reazione per l'ossido di idrogeno è un esempio: SO3 + H2O=H2 SO4.
Diffusione nella natura
Abbiamo già scoperto che questa sostanza -il più diffuso al mondo. Indichiamo la percentuale negli oggetti.
- Circa il 70% del peso corporeo di umani e mammiferi. Alcuni animali contengono circa il 98% di ossido di idrogeno (meduse).
- 71% della Terra è ricoperta d'acqua.
- La massa più grande è l'acqua degli oceani.
- Circa il 2% si trova nei ghiacciai.
- 0, 63% sotterraneo.
- 0,001% è atmosferico (nebbia).
- Il corpo delle piante è composto per il 50% da acqua, alcune specie anche di più.
- Molti composti si presentano come idrati cristallini contenenti acqua legata.
Questo elenco può essere continuato per molto tempo, perché è difficile ricordare qualcosa che non includa acqua o una volta non lo fosse. O formato senza la partecipazione di questo ossido.
Metodi per ottenere
L'ottenimento di ossido di idrogeno non ha valore industriale. Dopotutto, è più facile utilizzare fonti già pronte: fiumi, laghi e altri specchi d'acqua piuttosto che spendere un'enorme quantità di energia e reagenti. Pertanto, in laboratorio, è opportuno ottenere solo acqua distillata altamente pura.
Per questi scopi, vengono utilizzati alcuni dispositivi, come i cubetti di distillazione. Tale acqua è necessaria per svolgere molte interazioni chimiche, poiché l'acqua non trattata contiene una grande quantità di impurità, sali, ioni.
Ruolo biologico
Dire che l'acqua viene usata ovunque è dire poco. È impensabile immaginare la tua vita senza questa connessione. Dalmattina e fino al tramonto, una persona lo usa costantemente sia per scopi domestici che industriali.
Le proprietà dell'ossido di idrogeno ne indicano l'uso come solvente universale. E non solo in laboratorio. Ma anche negli esseri viventi, dove ogni secondo avvengono migliaia di reazioni biochimiche.
Inoltre, l'acqua stessa partecipa a molte sintesi, funge anche da sottoprodotto che ne deriva. Ogni persona sulla Terra passa attraverso circa 50 tonnellate di questa stupefacente sostanza in 60 anni!
Ossido di idrogeno utilizzato:
- in tutti i settori;
- medicina;
- sintesi chimiche;
- in tutti i tipi di industrie;
- esigenze domestiche;
- agricoltura.
È difficile definire un ambito della vita in cui si possa fare a meno dell'acqua. Gli unici esseri viventi che non hanno ossido di idrogeno nella loro composizione e vivono senza di esso sono i virus. Ecco perché è difficile per una persona combattere questi organismi.
