В каких веществ содержится водород и кислород
Водород
Водород — самый распространённый химический элемент во Вселенной. Именно он составляет основу горючего вещества Звёзд.
Водород — первый химический элемент Периодической системы Менделеева. Его атом имеет простейшее строение: вокруг элементарной частицы «протон» (ядро атома) вращается один-единственный электрон:
Природный водород состоит из трех изотопов: протий 1Н, дейтерий 2Н и тритий 3Н.
Задание 12.1. Укажите строение ядер атомов этих изотопов.
Имея на внешнем уровне один электрон, атом водорода может проявлять единственно возможную для него валентность I:
Вопрос. Образуется ли завершённый внешний уровень при приёме атомом водорода электронов?
Таким образом, атом водорода может и принимать, и отдавать один электрон, т. е. является типичным неметаллом. В любых соединениях атом водорода одновалентен.
Простое вещество «водород» Н2 — газ без цвета и запаха, очень лёгкий. Он плохо растворим в воде, но хорошо растворим во многих металлах. Так, один объём палладия Рd поглощает до 900 объёмов водорода.
Схема (1) показывает, что водород может быть и окислителем, и восстановителем, реагируя с активными металлами и многими неметаллами:
Задание 12.2. Определите, в каких реакциях водород является окислителем, а в каких — восстановителем. Обратите внимание, что молекула водорода состоит из двух атомов.
Смесь водорода и кислорода является «гремучим газом», поскольку при поджигании её происходит сильнейший взрыв, который унёс многие жизни. Поэтому опыты, в которых выделяется водород, нужно выполнять подальше от огня.
Чаще всего водород проявляет восстановительные свойства, что используется при получении чистых металлов из их оксидов*:
* Аналогичные свойства проявляет алюминий (см. урок 10 — алюминотермия).
Разнообразные реакции происходят между водородом и органическими соединениями. Так, за счёт присоединения водорода (гидрирование) жидкие жиры превращаются в твёрдые (подробнее урок 25).
Водород можно получить разными способами:
- Взаимодействием металлов с кислотами:
Задание 12.3. Составьте уравнения таких реакций для алюминия, меди и цинка с соляной кислотой. В каких случаях реакция не идет? Почему? В случае затруднения см. уроки 2.2 и 8.3;
- Взаимодействие активных металлов с водой:
Задание 12.4. Составьте уравнения таких реакций для натрия, бария, алюминия, железа, свинца. В каких случаях реакция не идёт? Почему? В случае затруднений см. урок 8.3.
В промышленных масштабах водород получают электролизом воды:
а также при пропускании паров воды через раскалённые железные опилки:
Водород — самый распространённый элемент Вселенной. Он составляет бОльшую часть массы звёзд и участвует в термоядерном синтезе — источнике энергии, которую эти звёзды излучают.
Кислород
Кислород — самый распространённый химический элемент нашей планеты: более половины атомов Земной коры приходится на кислород. Вещество кислород О2 составляет около 1/5 нашей атмосферы, а химический элемент кислород — 8/9 гидросферы (Мирового океана).
В Периодической системе Менделеева кислород имеет порядковый номер 8 и находится в VI группе второго периода. Поэтому строение атома кислорода следующее:
Имея на внешнем уровне 6 электронов, кислород является типичным неметаллом, т. е. присоединяет два электрона до завершения внешнего уровня:
Поэтому кислород в своих соединениях проявляет валентность II и степень окисления –2 (за исключением пероксидов).
Принимая электроны, атом кислорода проявляет свойства окислителя. Это свойство кислорода исключительно важно: процессы окисления происходят при дыхании, обмене веществ; процессы окисления происходят при горении простых и сложных веществ.
Горение — окисление простых и сложных веществ, которое сопровождается выделением света и теплоты. В атмосфере кислорода горят или окисляются почти все металлы и неметаллы. При этом образуются оксиды:
* Точнее, Fe3O4.
При горении в кислороде сложных веществ образуются оксиды химических элементов, входящих в состав исходного вещества. Только азот и галогены выделяются в виде простых веществ:
Вторая из этих реакций используется как источник тепла и энергии в быту и промышленности, так как метан CH4 входит в состав природного газа.
Кислород позволяет интенсифицировать многие промышленные и биологические процессы. В больших количествах кислород получают из воздуха, а также электролизом воды (как и водород). В небольших количествах его можно получить разложением сложных веществ:
Задание 12.5. Расставьте коэффициенты в приведенных здесь уравнениях реакций.
Вода
Воду нельзя ничем заменить — этим она отличается практически от всех других веществ, которые встречаются на нашей планете. Воду может заменить только сама вода. Без воды нет жизни: ведь жизнь на Земле возникла тогда, когда на ней появилась вода. Жизнь зародилась в воде, поскольку она является естественным универсальным растворителем. Она растворяет, а значит, измельчает все необходимые питательные вещества и обеспечивает ими клетки живых организмов. А в результате измельчения резко возрастает скорость химических и биохимических реакций. Более того, без предварительного растворения невозможно протекание 99,5 % (199 из каждых 200) реакций! (См. также урок 5.1.)
Известно, что взрослый человек в сутки должен получать 2,5–3 л воды, столько же выводится из организма: т. е. в организме человека существует водный баланс. Если он нарушается, человек может просто погибнуть. Например, потеря человеком всего 1–2 % воды вызывает жажду, а 5 % — повышает температуру тела вследствие нарушения терморегуляции: возникает сердцебиение, возникают галлюцинации. При потере 10 % и более воды в организме возникают такие изменения, которые уже могут быть необратимы. Человек погибнет от обезвоживания.
Вода — уникальное вещество. Её температура кипения должна составлять –80 °C (!), однако равна +100 °C. Почему? Потому что между полярными молекулами воды образуются водородные связи:
Поэтому и лёд, и снег — рыхлые, занимают больший объём, чем жидкая вода. В результате лёд поднимается на поверхность воды и предохраняет обитателей водоёмов от вымерзания. Свежевыпавший снег содержит много воздуха и является прекрасным теплоизолятором. Если снег покрыл землю толстым слоем, то и животные и растения спасены от самых суровых морозов.
Кроме того, вода имеет высокую теплоёмкость и является своеобразным аккумулятором тепла. Поэтому на побережьях морей и океанов климат мягкий, а хорошо политые растения меньше страдают от заморозков, чем сухие.
Без воды в принципе невозможен гидролиз, химическая реакция, которая обязательно сопровождает усвоение белков, жиров и углеводов, которые являются обязательными компонентами нашей пищи. В результате гидролиза эти сложные органические вещества распадаются до низкомолекулярных веществ, которые, собственно, и усваиваются живым организмом (подробнее см. уроки 25–27). Процессы гидролиза были нами рассмотрены в уроке 6. Вода реагирует со многими металлами и неметаллами, оксидами, солями.
Задание 12.6. Составьте уравнения реакций:
- натрий + вода →
- хлор + вода →
- оксид кальция + вода →
- оксид серы (IV) + вода →
- хлорид цинка + вода →
- силикат натрия + вода →
Изменяется ли при этом реакция среды (рН)?
Вода является продуктом многих реакций. Например, в реакции нейтрализации и во многих ОВР обязательно образуется вода.
Задание 12.7. Составьте уравнения таких реакций.
Выводы
Водород — самый распространённый химический элемент во Вселенной, а кислород — самый распространённый химический элемент на Земле. Эти вещества проявляют противоположные свойства: водород — восстановитель, а кислород — окислитель. Поэтому они легко реагируют друг с другом, образуя самое удивительное и самое распространённое на Земле вещество — воду.
характеристика водорода и кислорода
подготовка и производство водорода и кислорода
использование водорода и кислорода
вода
перекись водорода
1)Водород — первыйэлементПериодическойсистемы (1-йпериод, порядковыйномер 1). Втаблицахусловнопомещаетсяв главную подгруппу I и VII группы, так как может проявлять восстановительные свойства щелочных металлов, так и окислительные свойства галогенов. Молекула водорода состоит из двух атомов и образована ковалентной неполярной связью. Атомводороданаименьшийпоразмерамисамыйлегкийсредиатомоввсехэлементов. Водород почти не растворим в воде,проявляетамфотерныесвойства — металлическиеинеметаллические. Образуетсоединениясовсемиэлементами, кроме гелия, неонаи аргона, входитвсоставмногочисленныхоксидов, гидроксидов, солейкислородсодержащихкислот. Жизненноважныйэлементдлявсехорганизмов, содержитсявбольшинствеорганическихвеществ, участвуетвомногихбиохимическихпроцессах, обеспечивающихразвитиеифункционированиежизни.
В космосе водород является самым распространенным элементом. Наше солнце более чем наполовину состоит из водорода. На этой звезде, как и на многих других, из ядер атомов водорода образуются ядра атомов гелия и других химических элементов. На Земле водород содержится в виде соединений, важнейшим из которых является вода. В лаборатории водород можно получить реакцией замещения водорода в соляной или серной кислотах на цинк. Можно использовать и другие металлы, которые в ряду активности стоят слева от водорода.
В промышленности водород применяется во многих сферах, например водород используется в качестве ракетного топлива, применяется при производстве маргарина. Реакции с водородом используют для получения различных веществ, таких как аммиак, соляная кислота, вольфрам и так далее.
2) Кислород – самый распространенный элемент на нашей планете, вторая по количеству и первая по значению для жизни составляющая часть воздушной оболочки Земли. Входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры – литосферы. Кислород существует в форме О2, это газ без цвета и запаха. В жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твердом – синюю. Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов. Реакции металлов и неметаллов с кислородном протекают с выделением большого количества теплоты и сопровождаются воспламенением. Почти все реакции с участием кислорода экзотермические, кроме реакции азота с кислородом, эта реакция эндотермическая. Кислород окисляет не только простые, но и сложные вещества, при этом образуются оксиды элементов, из которых они образованы. Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видом топлива. Кислород также участвует в процессах дыхания и медленного окисления пищи в нашем организме, которое является источником энергии, за счет которого живет организм. Кислород способен образовывать с гемоглобином соединения, в результате которых образуется оксигемоглобин, который в свою очередь доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы, образуя при этом оксид углерода и воду и освобождая энергию, необходимую для жизни организма. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения кислорода, то на свету происходит еще один процесс – фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Таким образом, содержание кислорода на Земле сохраняется, благодаря жизнедеятельности зеленых растений.
В промышленности кислород получают из жидкого воздуха, а в лаборатории – разложением пероксида водорода в присутствии катализатора — оксида марганца, а так же разложением перманганата калия при нагревании.
Кислород применяют в металлургической и химической промышленности для ускорения производственных процессов. Чистый кислород применяют также для получения высоких температур, при газовой сварке или резке металлов. Его используют для жизнеобеспечения на подводных и космических кораблях. В медицине кислород применяют в случаях временного затруднения дыхания.
3) Вода – самоераспространенноевземнойкоревещество. Вода – основагидросферынашейпланеты, крометого, онасодержитсяватмосфере, ввидельдаобразуетполярныешапкиЗемлиивысокогорныеледники, атакжевходитвсоставразличныхгорныхпород. Массоваядоляводывчеловеческоморганизмесоставляетоколо 70 %.Вода – единственноевещество, укоторогововсехтрехагрегатныхсостоянияхестьсвоиособыеназвания. Наличием водородной связи у воды объясняется аномально высокие значения её температур плавления и кипения. Вода способна расширяться при замерзании и имеет максимальную плотность при температуре +4°С. Вода обладает высокими значениями теплоты плавления и теплоты парообразования, которые академик В.И.Вернадский рассматривал, как константы планетарного значения. Вода имеет высокую теплоемкость и высокое поверхностное напряжение. Вода также является главным растворителем не только в живой, но и в неживой природе.
Химические свойства воды:
— Взаимодействует с щелочными и щелочноземельными металлами
— Взаимодействует с основными и кислотными оксидами
— Разлагается под действием света, тока или высоких температур (свыше 1500°С)
— Реагирует со многими оксидами неметаллов
4) Пероксид водорода (перекисьводорода), H2O2 — простейшийпредставительпероксидов.Бесцветнаяжидкость без запаха или со слабым своеобразным запахом, неограниченнорастворимаявводе, спиртеиэфире. Пероксидводородаявляетсяхорошимрастворителем. Изводывыделяетсяввиденеустойчивогокристаллогидрата.Обаатомакислороданаходятсявпромежуточнойстепениокисления−1, чтоиобуславливаетспособностьпероксидоввыступатькаквролиокислителей, такивосстановителей. Пероксидводородаполучаютвпромышленностиприреакциисучастиеморганическихвеществ, вчастности, каталитическимокислениемизопропиловогоспирта. Впромышленныхмасштабахпероксидводородаполучаютэлектролизомсернойкислоты.Применяютрастворперекисиводородавкачестведезинфицирующегосредствадляпромыванийиполосканий. Используется как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Также используется в качестве пенообразователя при производстве пористых металлов.
5. Struktura, vlastnosti a chování s a p prvků
s – prvky (alkalické kovy, kovy alkalických zemin)
charakteristika, výskyt, výroba, použití, významné sloučeniny (hydroxid sodný, soda,pálené vápno, hašené vápno)
p – prvky ( vzácné plyny, halogeny, chalkogeny, p1-p3)
charakteristika, výskyt, výroba, použití, významné sloučeniny
Ася ….
Ученик
(76),
закрыт
9 лет назад
Ленко 🙂
Просветленный
(34063)
10 лет назад
Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3входит в состав минеральных скелетов.
Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.
Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах входит в клетках содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.
Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.
Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.
Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты) , в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей) , а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов) .
Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.
Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регуляруя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза) . Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.
Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создание буферной системы крови.
Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.
Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.
апваол эжлж
Мастер
(1906)
10 лет назад
Условно все элементы клетки можно разделить на три группы:
Макроэлементы (кислород (65-75 %), углерод (15-18 %), водород (8-10 %), азот (2,0-3,0 %), калий (0,15-0,4 %), сера (0,15-0,2 %), фосфор (0,2-1,0 %), хлор (0,05-0,1 %), магний (0,02-0,03 %),натрий (0,02-0,03 %), кальций (0,04-2,00 %), железо (0,01-0,015 %). C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.
Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3входит в состав минеральных скелетов.
Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.
Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах входит в клетках содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.
Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.
Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.
Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты) , в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей) , а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов) .
Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.
Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регуляруя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза) . Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.