תחמוצת מימן: הכנה ותכונות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

החומר החשוב והנפוץ ביותר על הפלנטה שלנו הוא, כמובן, מים. מה ניתן להשוות אליו בחשיבותו? ידוע שחיים על פני כדור הארץ התאפשרו רק עם הופעת הנוזל. מה זה מים (תחמוצת מימן) מנקודת מבט כימית? ממה הוא מורכב ואיזה תכונות יש לו? בואו ננסה להבין את המאמר הזה.

מימן ותרכובותיו

האטום הקל ביותר בכל הטבלה המחזורית הוא מימן. הוא גם תופס עמדה כפולה, וממוקם הן בתת-קבוצת ההלוגנים והן בקבוצה הראשונה של מתכות אלקליות. מה מסביר תכונות כאלה? המבנה האלקטרוני של מעטפת האטום שלו. יש לו רק אלקטרון אחד, הפנוי גם לעזוב וגם לחבר אחד אחר לעצמו, יוצר זוג ומשלים את המפלס החיצוני.

לכן מצבי החמצון העיקריים והיחידים של יסוד זה הם +1 ו-1. הוא מגיב בקלות עם מתכות ויוצר הידרידים - תרכובות מוצקות דמויות מלח לא נדיפות בצבע לבן.

עם זאת, מימן גם יוצר בקלות מולקולות נדיפות של חומרים, באינטראקציה עם לא-מתכות. לדוגמה:

• מימן גופרתי H₂S;
• מתאןCH₄;
• silane SiH₄ ואחרים.

באופן כללי, מימן יוצר די הרבה תרכובות. עם זאת, החומר החשוב ביותר בו הוא כלול הוא תחמוצת מימן, שהנוסחה שלו היא H₂O. זהו התרכובת המפורסמת ביותר שאפילו תלמיד בית ספר יסודי שעדיין אינו בקיא בכימיה מזהה לפי הנוסחה. אחרי הכל, מים (וזה תחמוצת המימן הגבוהה ביותר) הם לא רק חומר נפוץ, אלא גם מקור חיים על הפלנטה שלנו.

עצם שמו של היסוד משקף את המהות העיקרית שלו - מימן, כלומר "הוליד מים". כמו כל תחמוצת אחרת, גם זו היא תרכובת בינארית עם מספר תכונות פיזיקליות וכימיות. בנוסף, ישנם מאפיינים מיוחדים המבדילים מים מכל שאר התרכובות.

גם מחלקה חשובה של תרכובות היוצרות מימן הן חומצות, הן אורגניות והן מינרליות.

מאפיינים כימיים של מימן

מנקודת מבט של פעילות כימית, מימן הוא חומר מפחית חזק למדי. בתגובות רבות, הוא מציג בדיוק תכונות כאלה. עם זאת, בעת אינטראקציה עם מתכות חזקות עוד יותר, הוא הופך לחומר מחמצן.

חשוב מאוד בתעשייה הוא האינטראקציה של מימן עם תחמוצות מתכות. אחרי הכל, זו אחת הדרכים להשיג את האחרון בצורתו הטהורה ביותר. הידרוגנתרמיה היא שיטה מתכות לסינתזה של מתכות טהורות מהתחמוצות שלהן על ידי הפחתה עם מימן.

לתגובת מימן עם תחמוצת יש את הצורה הכללית הבאה:Me_xO_y + H₂=H₂O + אני.

כמובן, זו לא הדרך היחידה לסנתז מתכות טהורות. יש אחרים. עם זאת, הפחתת תחמוצות עם מימן היא תהליך ייצור רווחי למדי ובלתי מסובך מבחינה אנרגטית שמצא יישום נרחב.

מעניינת גם העובדה שכאשר הוא מעורבב באוויר, גז מימן יכול ליצור תערובת נפיצה מאוד. שמו הוא גז נפץ. לשם כך, יש לבצע ערבוב בקצב של שני נפחי מימן לכל חמצן אחד.

מים הם תחמוצת מימן

את העובדה שהתחמוצת הזו חשובה מאוד, כבר הזכרנו כמה פעמים. עכשיו בואו נאפיין את זה במונחים של כימיה. האם התרכובת הזו באמת שייכת לסוג זה של חומרים אנאורגניים?

כדי לעשות זאת, הוא ינסה לכתוב את הנוסחה קצת אחרת: H₂O=HON. המהות זהה, מספר האטומים זהה, אולם כעת ברור שיש לפנינו הידרוקסיד. אילו תכונות אמורות להיות לו? שקול את הדיסוציאציה של המתחם:

NON=H⁺ + OH^-.

כתוצאה מכך, המאפיינים חומציים, מכיוון שקטיוני מימן נמצאים בתמיסה. בנוסף, הם לא יכולים להיות בסיסיים, כי אלקליות יוצרות רק מתכות.

לכן, שם נוסף שיש בו תחמוצת מימן הוא חומצה המכילה חמצן בהרכב הפשוט ביותר. מכיוון ששזירות מורכבות כאלה אופייניות למולקולה נתונה, לכן, תכונותיה יהיו מיוחדות. והנכסים נדחיםאת מבנה המולקולה, אז ננתח אותו.

מבנה מולקולת המים

לראשונה, נילס בוהר חשב על המודל הזה, והוא הבעלים של הבכורה והסופר בעניין הזה. הם התקינו את התכונות הבאות.

1. מולקולת המים היא דיפול, מכיוון שהיסודות המרכיבים אותה שונים מאוד באלקטרושליליות.
2. צורתו המשולשת, מימנים בבסיס וחמצן בראש.
3. בשל מבנה זה, חומר זה מסוגל ליצור קשרי מימן, הן בין מולקולות באותו שם, והן עם תרכובות אחרות שיש להן יסוד אלקטרוני שלילי חזק בהרכבן.

ראה איך תחמוצת המימן המדוברת נראית סכמטית בתמונה למטה.

מאפיינים פיזיים של תחמוצת מימן

ניתן לזהות מספר מאפיינים עיקריים.

1. מצב צבירה: גזי - קיטור, נוזל, מוצק - שלג, קרח.
2. נקודת רתיחה - 100⁰C (99, 974).
3. נקודת התכה - 0⁰C.
4. מים מסוגלים להתכווץ כאשר הם מחוממים בטווח הטמפרטורות שבין 0-4⁰C. זה מסביר את היווצרות קרח על פני השטח, שצפיפותו נמוכה יותר ואת שימור החיים תחת עובי תחמוצת המימן.
5. קיבולת חום גבוהה אך מוליכות תרמית נמוכה מאוד.
6. במצב נוזלי, תחמוצת מימן מציגה צמיגות.
7. מתח פני השטח והיווצרות שליליפוטנציאל חשמלי על פני המים.

כפי שציינו למעלה, התכונות של הנכסים תלויות במבנה. אז כאן. היכולת ליצור קשרי מימן הובילה לתכונות דומות בתרכובת זו.

תחמוצת מימן: תכונות כימיות

מנקודת מבט של כימיה, הפעילות של המים גבוהה למדי. במיוחד כשמדובר בתגובות המלוות בחימום. עם מה יכול תחמוצת מימן להגיב?

1. עם מתכות, שבסדרה של מתחים הם עד מימן. יחד עם זאת, עם הפעילים ביותר (עד אלומיניום), אין צורך בתנאים מיוחדים, ובעלי יכולת צמצום נמוכה יותר מגיבים רק בקיטור. אלה שעומדים אחרי מימן אינם מסוגלים להיכנס לאינטראקציות כאלה בכלל.
2. עם לא מתכות. לא עם כולם, אלא עם הרוב. לדוגמה, באווירה של פלואור, מים בוערים בלהבה סגולה. אפשר גם תגובה עם כלור, פחמן, סיליקון ואטומים אחרים.
3. עם תחמוצות מתכת (בסיסיות) וחומציות (לא מתכות). נוצרים אלקליים וחומצות, בהתאמה. בין המתכות, נציגי שתי הקבוצות הראשונות של תת הקבוצות העיקריות מסוגלים לתגובות כאלה, למעט מגנזיום ובריליום. לא-מתכות היוצרות תחמוצות חומציות אינטראקציה עם מים כולם. היוצא מן הכלל הוא חול נהר - SiO₂.

משוואת התגובה עבור תחמוצת מימן היא כדוגמה: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

פזר בטבע

כבר גילינו שהחומר הזה -הנפוצה ביותר בעולם. בואו נסמן את האחוז באובייקטים.

1. כ-70% ממשקל הגוף של בני אדם ויונקים. חלק מבעלי החיים מכילים בערך 98% תחמוצת מימן (מדוזות).
2. 71% מכדור הארץ מכוסה במים.
3. המסה הגדולה ביותר היא מי האוקיינוסים.
4. כ-2% נמצא בקרחונים.
5. 0, 63% מתחת לאדמה.
6. 0.001% הוא אטמוספרי (ערפל).
7. גוף הצמחים הוא 50% מים, מינים מסוימים אפילו יותר.
8. תרכובות רבות מתרחשות כהידרטים גבישיים המכילים מים קשורים.

ניתן להמשיך ברשימה הזו לאורך זמן, כי קשה לזכור משהו שלא כולל מים או פעם לא. או נוצר ללא השתתפותה של תחמוצת זו.

שיטות להשגה

להשגת תחמוצת מימן אין ערך תעשייתי. אחרי הכל, קל יותר להשתמש במקורות מוכנים - נהרות, אגמים וגופי מים אחרים מאשר לבזבז כמות עצומה של אנרגיה וריאגנטים. לכן, במעבדה, ראוי רק להשיג מים מזוקקים וטהורים במיוחד.

למטרות אלה, נעשה שימוש במכשירים מסוימים, כגון קוביות זיקוק. מים כאלה נחוצים לביצוע אינטראקציות כימיות רבות, שכן מים לא מטופלים מכילים כמות גדולה של זיהומים, מלחים, יונים.

תפקיד ביולוגי

לומר שמשתמשים במים בכל מקום זה אנדרסטייטמנט. לא יעלה על הדעת לדמיין את חייך ללא הקשר הזה. מ הבבוקר ועד רדת הלילה, אדם משתמש בו כל הזמן למטרות ביתיות ותעשייתיות.

המאפיינים של תחמוצת המימן משמעותן השימוש בו כממס אוניברסלי. ולא רק במעבדה. אבל גם ביצורים חיים, שבהם מתרחשות אלפי תגובות ביוכימיות בכל שנייה.

כמו כן, המים עצמם משתתפים בסינתזות רבות, הם גם משמשים כתוצר לוואי הנובע מהם. כל אדם על פני כדור הארץ עובר כ-50 טון של החומר המדהים הזה ב-60 שנה!

תחמוצת מימן בשימוש:

• בכל הענפים;
• medicine;
• סינתזות כימיות;
• בכל סוגי התעשיות;
• צורכי בית;
• חקלאות.

קשה להגדיר תחום חיים שבו אפשר להסתדר בלי מים. היצורים החיים היחידים שאין בהרכבם תחמוצת מימן וחיים בלעדיו הם וירוסים. לכן קשה לאדם להילחם באורגניזמים האלה.