1,00794+1-1HVandenilis1 VANDENILIS, FIZIKINĖS BEI CHEMINĖS SAVYBĖS, GAVIMAS, NAUDOJIMAS
Vandenilis kaip Litis, Natris, Kalis, Rubidis, Cezis ir Francis yra 1A grupės elementas.Visi 1A grupės elementai yra metalai išskyrus vandenilį. Vandenilis yra nemetalas.Geriausiai žinomas ir labiausiai paplitęs junginys yra vanduo H O. Vandenilis – pačios lengviausios, bet gana sunkiai suskystinamos dujos.
VANDENILIO GAVIMASGryno vandenilio gamtoje yra nedaug. Jį galima gauti vandens elektrolizės, anglies monoksido konversijos, metano konversijos būdu ir išskirti iš koksavimo dujų. Parenkant metodą, pirmiausia žiūrima proceso ekonomiškumo, nes azoto ir vandenilio mišinio paruošimas – pati brangiausia amoniako gamybos stadija.VANDENS ELEKTROLIZĖ. Leidžiant nuolatinę elektros srovę panardintais į vandenį elektrodais, vanduo skyla į vandenilį ir deguonį: vandenilis skiriasi ant katodo ( neigiamo elektrodo ), Šiuo būdu gaunami labai gryni produktai, bet sunaudojama daug elektros energijos. Taip vandenilisgaunamas ten, kur pigi elektros energija. Vandenilis amoniako sintezei šiuo būdu retai kada gaunamas.2H2O 2H2 + O2ANGLIES MONOKSIDO KONVERSIJA. Anglies monoksido ir vandens garų mišinį leidžiant per katalizatorių ( 250-525 0C ), susidaro vandenilis ir anglies dioksidas:CO + H2O CO2 + H2 + 20kJ (1)Gautas vandenilis atskiriamas nuo anglies dioksido ir vartojamas amoniako sintezei. Pagrindinės žaliavos vandeniliui šiuo būdu gauti – vandens garai ir anglis.METANO KONVERSIJA. Norint gauti vandenilį, gamtinės dujos veikiamos vandens garais ir deguonimi. Šis procesas vadinamas metano konversija. Jo metu vyksta tokios reakcijos:CH4 + H2O CO + 3H2 – 203kJ (2)CH4 + 1/2O2 CO + 2H2 + 36kJ (3)Gautas anglies monoksidas toliau konvertuojamas pagal (1) reakciją. Metano konversijos (2) reakcija – grįžtamoji endoterminė. Metano konversijai reikalingą šilumą galima gauti atliekant (3) reakciją.VANDENILIO GAVIMAS IŠ KOKSAVIMO DUJŲ. Pramonėje gana daugvandenilio išskiriama iš koksavimo dujų. Koksavimo dujos gaunamos, anglį be oro kaitinant 800-1050 0C temperatūroje. Visi komponentai, išskyrus vandenilį, verda aukštesnėje kaip – 252,6 0C temperatūroje. Atšaldžius koksavimo dujas iki – 200 0C temperatūros, visi komponentai virs skysčiu – dujinis liks tik vandenilis. Taip vandenilis išskiriamas iš koksavimo dujų.
VANDENILIO FIZIKINĖS IR FIZIOLOGINĖS SAVYBĖS
Grynas vandenilis neturi nei spalvos, nei skonio, nei kvapo ir nenuodingas. Sprogstamomis dujomis galima kvėpuoti kaip oru. Kol plaučiai būna prisipyldę sprogstamų dujų, keičiasi tik balso tembras, nes garsas vandenilyje sklinda daug greičiau negu ore. Tačiau iš rūgščių gautame vandenilyje visuomet yra šiek tiek nepaprastai nuodingų vandenilinių nemetalų juginių. Nuo jų ir atsiranda nemalonus vandenilio, gauto iš negrynų rūgščių ir negrinųjų metalų, kvapas.Svarbiausios vandenilio fizinės savybės išreiškiamos šiais dydžiais:1 Molekulinis tūris, esant 00C, 760mm Hg ir 450C geografinei pl. 22,428 l2 Tankis O2 atžvilgiu – 0,06893, oro atžvilgiu 0,069523 Skysto H2 tankis virimo temperatūroje 0,074 Kieto H2 tankis-260 0C temperatūroje 0,07625 Virimo temperatūra 252,80C(20,40abs)6 Lydimosi temperatūra 259,40C (15,90abs)7 Kritinė temperatūra 239,90C8 Specifinė šiluma, kai medžiagos tūris pastovus 20,37 J9 Lydimosi šiluma 58,8 J10 Garavimo šiluma 462,0 J11 Disociacijos į atomus šiluma 433,6 kJ/mol12 Šiluminis laidumas, esant 00C 0,017304 cm.s.K.13 Tirpumas vandenyje, esant 00C 0,0215 esant 100C 0,0198
Vandenilis, kaip mažiausios molekulinės masės dujos, užima “rekordinę” vietą tarp visų dujų ne tik tankiu, bet ir pagal kitas savybes. Vandenilio šiluminis laidumas septynis kartus didesnis už oro šiluminį laidumą.Mūsų supergalingiems nuolatinėssrovės generatoriams šaldyti naudojamas vandenilis.
VANDENILIO CHEMINĖS SAVYBĖS
Kol vandenilio atomai sudaro molekulę, vandenilis – beveik tokios pat cheminės inertiškos dujos, kaip azoto. Šaltyje ir tamsoje vandenilis jungiasi tik su labiausiai elektroneigiamu elementu – fluoru. Bet kaitinamas vandenilis jungiasi tiek su daugeliu nemetalų, tiek ir su labiau elektroteigiamais metalais. Vandenilio atomas gali pakisti dvejopai: arba jis, prisijungęs vieną elektroną, virsta vieno neigiamo krūvio jonu H-, arba, netekęs elektrono,- protonu H+.Žemės sąlygomis vandenilis, kaip elektronų akceptorius, gali pasireikšti, tik reguodamas su labiausiai elektroteigiamais metalais. Kaitinant litį vandenilio srovėje, susidaro silpnai sprogdamos miltelių pavidalo junginys, kurio sudėtis LiH.
Su mažiau elektroteigiamais metalais vandenilis vietoj cheminių junginių sudaro dažniausiai kietuosius tirpalus. Vandenilio tirpumas kai kuriuose metaluose didelis ir ypač jis gerai tirpsta paladyje. Tačiau ir paprastuose metaluose, pavyzdžiui geležyje,taip pat gali ištirpti tam tikras kiekis vandenilio. Jeigu dvi geležines plokšteles suvirinsime ir įmesime į rūgštį, plokštelių paviršiuje išsiskiriąs vandenilis iš dalies ištirpsta geležyje ir difuzijos būdu prasiskverbia į tarpą tarp plokštelių. Vandenilis lengvai prasiskverbia pro geležį taip pat aukštoje temperatūroje. Be to, prasiskverbdamaspro plieną, vandenilis prisijungia ir atima iš jo anglį. Kuo labiau nemetalas elektroneigiamas, tuo lengviau jungiasi su juo vandenilis ir tuo daugiau išsiskiria šilumos. Kad vandenilis ima jungtis su deguonimi jų mišinyje, sprogstamose dujose, galima pastebėti, esant 2500C temperatūrai. Vandenilis užsiliepsnos, jeigu į gabalėlį akytos platinos nukreipsime vandenilio srovę.Jungiantis vandeniliui su deguonimi, išsiskiria labai daug šilumos, todėl gryname deguonyje degančio vandenilio liepsnos temperatūra siekia iki 25000C. Vandenilio jungimosi su deguonimi reakciją galima sukelti ne tik uždegant, bet ir veikiant gyvsidabrio lauko ultravioletiniais spinduliais. Vandenilis ne tik jungiasi su laisvu deguonimi, bet ir gali atimti deguonį iš daugelio kitų elementų, ypač metalų, oksių.VANDENILIS GAMTOJE
Kuo mažesnis elemento jonizacijos potencialas, tuo labiau jis jonizuotas palyginti su kitais elementais. Vandenilio jonizacijos potencialas palyginti didesnis, t.y. jo atomas palyginti stipriai traukia elektronus.Vandenilio randama gamtoje visur. Kur bebūtų nukreiptas spektroskopas – į Saulę, į bet kurią žvaigždę ar ūką, – jo matymo lauke pasirodo arba ryškiai švytinčios, arba tamsios visame šviesiame spektro fone atominio vandenilio linijos. Vandenilis palyginti šaltas ir todėl nešviečia, o tik sugeria spindulius. Vandenilio radiospinduliavimą nustatyti buvo galima, o netrukus neišvengiama, atsiradus dviem prielaidom:1) Tai radioteleskopo išradimas, nes vienintelis informacijos šaltinis apie tarpžvaigždinį vandenilį yra jo spinduliuojama 21cm ilgio radijo banga;
2) Olandų studento Van der Husto spėjimas, jog būtent tokia turi būti pati ilgiausia vandenilio spektro banga ir kad ją gali siųsti tik be galo didelės masės kūnas nepaprastai didelio išretėjimo ir nepaprastai žemos temperatūros sąlygomis, t.y. tik tarpžvaigždinėje erdvėje, o ne laboratorinio bandymo žemėje sąlygomis.Žemės atmosferoje vandenilio koncentracija visiškai nedidelė. Jis išsiskiria kartu su kitomis dujomis, vykstant puvimo procesams. Žemėje vandenilis priklauso labai retiems elementams. Vandenilio yra ir atmosferoje – vandens garuose. Vandenilio dalis iš vandens pereina į dūlėjimo produktų sudėtį, iš jų tipingiausias ir visur randamas yra molis.Pagal atomų skaičių Žemės rutulio plutoje vandenilis dalijasi antrąją vieta su siliciu.VANDENILIO NAUDOJIMAS
Vandenilis vaidina ypatingą vaidmenį Visatoje, kadangi jis yra kosminis atominis kuras, saulei ir žvaigždėms teikiamas energijos šaltinis.Vandenilio ir deguonies liepsna naudojama platinai, kvarco stiklui lydyti ir iš aliuminio oksido gauti dirbtinius rubinus bei safyrus.