Hydro H: 1s1 cĩ các khả năng:
1. Mất e hĩa trị biến thành H+. 2. Kết hợp e hĩa trị biến thành H-.
3. Tạo nên cặp e chung cho liên kết cộng hĩa trị. 4. Tạo liên kết Hydro:
Liên kết Hydro là một loại liên kết đặc biệt cĩ năng lượng yếu (chỉ mạnh hơn những lực nối liền phân tử Vander Waals, yếu hơn nối hĩa học).
- Điều kiện để cĩ sự tạo liên kết Hydro là H phải cĩ tính di động nghĩa là nối cộng hĩa trị với nguyên tử cĩ độ âm điện mạnh và phải cĩ nguồn giàu điện tử (F, O, N ...)
δ- δ+ δ-
CH3
H H
Nếu H liên kết với nguyên tử X khác (chủ yếu là F, O, N, Cl...) thì liên kết H- X này cĩ cực khá lớn và một phần điện tích dương tập trung ở nguyên tử H. khi đĩ, nguyên tử H cĩ thể tương tác với nguyên tử Y khác tích điện âm hay cĩ dư e tạo thành liên kết hydro. Xδ- - Hδ+ ...Yδ- II. ĐƠN CHẤT H O O δ- δ+
Liên kết hydro đĩng vai trị quan trọng đối với hĩa tính của nước, của dung dịch nước, các dung mơi chứa -OH và các phân tử chứa -OH. Đặc biệt, chúng liên kết các mạch Polypeptit trong Protein và các cặp Baz trong các acid Nucleic.
Dạng tồn tại bình thường ở trạng thái tự do của hydro là phân tử H2 gồm 2 nguyên tử:
H - H : dlk =0,74A0 ; Elk = 103 Kcal/ptg Ví vậy, H2 cĩ độ bền lớn, khĩ bị cực hĩa.
1. Lý tính:
- Phân tử H2 cĩ độ bền lớn, khĩ bị cực hĩa, hết sức bé và nhẹ nên cĩ T0 nc, T0
e rất thấp (T0
nc = -259,10C, T0
e =-252,60C).
- Ở nhiệt độ thường, hydro là chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, rất ít tan trong nước (18,8cm3khí/1L nước ở 150C) và trong dung mơi hữu cơ.
- Hydro là chất khí nhẹ nhất (tỷ trọng khí ở 00C và 1at là 0,08986g và tỷ trọng lỏng là 0,071g/ml) nên H2 cĩ tốc độ khuếch tán lớn nhất, nĩ dễ dàng khuếch tán qua các tấm vật liệu xốp và cả các tấm kim loại được nung nĩng (Pt, Pd). Nhờ cĩ tốc độ khuếch tán lớn, khí hydro cĩ độ dẫn nhiệt lớn (nếu dùng khí hydro để làm nguội một vật nĩng thì quá trình nguội xảy ra nhanh hơn 6 lần so với khơng khí).
- Gần đây, người ta đã tạo ra được một trạng thái mới của hydro là trạng thái kim loại khi nén hydro dưới áp suất 3.000.000 atm, ở - 2700C. Hydro kim loại là một chất rắn cĩ độ dẫn điện cao và những tính chất khác nữa của kim loại.
a. Phản ứng Oxy - hĩa khử:
+ Tính Oxy hĩa :
2. Hĩa tính:
Ở điều kiện thường, do phân tử bền nên H2 kém hoạt động, chỉ khi đốt nĩng, nĩ mới cho phản ứng dễ dàng. H2 vừa cĩ tính khử vừa cĩ tính Oxy hĩa nhưng tính oxy hĩa khơng điển hình, chỉ thể hiện đối với những kim loại cực mạnh (kim loại kiềm, kiềm thổ) cịn tính khử thể hiện đối với tất cả các phi kim loại và nhiều hợp chất.
Khi tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ để cho những hydrua muối là những hợp chất ion cĩ cấu tạo tinh thể rắn.
Na + 1/2H2 = NaH + Tính khử:
- Với đơn chất: Tuỳ thuộc vào hoạt tính của phi kim loại mà phản ứng diễn ra với tốc độ khác nhau.
VD:
- Với F2 : luơn luơn gây nổ :
H2 + F2 = 2HF
- Với Cl2 : Phản ứng diễn ra chậm trong bĩng tối và khơng đun nĩng, ngồi ánh sáng diễn ra rất nhanh cịn khi được kích thích (chiếu sáng, đun nĩng) phản ứng cĩ thể diễn ra tức thời và gây nổ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H2 + Cl2 = 2HCl
- Với O2 : Ở nhiệt độ thường hầu như khơng tác dụng, nhưng khi tiếp xúc ngọn lửa hay cĩ tia lửa điện thì nổ mạnh
H2 + 1/2O2 = H2O , (H = - 68 Kcal/mol
Phản ứng nổ này được giải thích như sau: nhiệt độ bắt cháy của hỗn hợp Hydro-Oxy cĩ tỷ lệ 2:1 là 5500C nhưng chỉ cần một điểm ở trong hỗn hợp đạt tới nhiệt độ đĩ, phản ứng xảy ra tại điểm đĩ sẽ đốt nĩng những phân tử H2 và O2 ở chung quanh làm cho chúng phản ứng với nhau và phản ứng cứ thế lan truyền rất nhanh trong tồn bộ thể tích của hỗn hợp gây ra hiện tượng nổ vì nhiệt của phản ứng đã làm thể tích khí tăng lên đột ngột.
Do phản ứng phát ra nhiều nhiệt nên ngọn lửa của hydro cháy trong Oxy nguyên chất cĩ nhiệt độ khoảng 25000C.
+ Với các hợp chất:
- H2 cĩ thể lấy oxy hay halogen từ nhiều hợp chất của kim loại và phi kim loại (ứng dụng để điều chế kim loại tự do: Cu, Pb, Fe, Hg, Ni, W).
H2 + CuO = Cu + H2O
- Hydro nguyên tử: TN
H2 + CuCl2 = Cu + 2HCl
- Khi cĩ mặt Pt xúc tác, hydro cĩ thể khử nhiều hợp chất hữu cơ tan trong dung mơi hữu cơ: khử hợp chất khơng no thành no, khử andehyd thành rượu
C = C + H2 = C C
- Hydro tan được trong các kim loại kém hoạt động (Pd, Ni, Pt). Khi đĩ, H2→2H, hydro xâm nhập vào mạng tinh thể kim loại tạo thành dung dịch rắn với liên kết kim loại.
: FeCl3 + HCl + Zn → hydro vừa được giải phĩng biến FeCl3 (màu vàng nhạt) thành FeCl2 (màu xanh nhạt) (1).
FeCl3 + H2 khơng xảy ra (2).
Giải thích : Trường hợp 1: hoạt tính đặc biệt đĩ của hydro là do hydro tác dụng với FeCl3 trong thời gian phân ly cĩ nghĩa là trong thời gian những nguyên tử H chưa kết hợp với nhau thành phân tử H2
Điều kiện:
1/ Dùng nhiệt độ cao để phân ly phân tử H2 thành nguyên tử H:
Nhiệt độ càng cao thì tỷ lệ H nguyên tử càng nhiều và phải dùng ngay vì để nguội thì cĩ phản ứng nghịch.
2/ Phĩng điện yên lặng trong hydro cĩ áp suất bé từ 0,1 → 1mmHg. Ở điều kiện thường, hydro nguyên tử cĩ thể kết hợp với O2, S, P, As khử oxy của nhiều kim loại, đẩy được một số kim loại (Cu, Ag, Pb) ra khỏi dung dịch muối và tham gia vào những phản ứng mà trong cùng điều kiện đĩ hydro phân tử khơng cĩ khả năng.
Giải thích: Trong các phản ứng hĩa học, H2 trước hết phải phân ly thành nguyên tử, quá trình này địi hỏi nhiều năng lượng, cịn khi tương tác với H thì khơng cần năng lượng phân hủy nên phạm vi phản ứng sẽ rộng hơn.
3. Trạng thái tự nhiên - điều chế - ứng dụng:
a. Trạng thái tự nhiên
- Hydro là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên. hàm lượng ciủa nĩ trong vỏ trái đất là 17% tổng số nguyên tử.
Ở Địa cầu, hydro cĩ ít dưới dạng đơn chất nhưng cĩ rất nhiều dưới dạng hợp chất : nước, đất đá, chất khống, cơ thể động thực vật...
Hydro lại là phổ biến nhất trong vũ trụ, nĩ chiếm một nửa trọng lượng của Mặt trời và phần lớn các vì sao, cĩ trong kkhí quyển của nhiều hành tinh, sao chổi, vân tinh...
- Cĩ 3 đồng vị: proti (11H ) 99,984%; Deuteri (12H hay D) 0,016% và Triti (13H hay T):10-4% 1H và 2H là đồng vị bền, 3H là đồng vị phĩng xạ.
+ Trong phịng thí nghiệm:
b. Điều chế
- Cho HCl hay H2SO4(l) tác dụng với những kim loại đứng trước hydro trong dãy Beketov: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cho kiềm đặc tác dụng với Al hay Zn ở nhiệt độ nĩng: - Cho kim loại kiềm, kiềm thổ tác dụng với nước : + Trong cơng nghiệp:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
- Cho hơi nước tác dụng với C ở nhiệt độ cao (phương pháp khử Oxy của hơi nước bằng than)
C + H2O = CO 10500C + H2, ∆H = 31 Kcal/ptg
nc
0
t
- Điện phân nước chứa một lượng nhỏ H2SO4 hay NaOH
Hỗn hợp khí CO + H2 gọi là khí than ướt khĩ tách ra. Người ta cho hỗn hợp này cùng với hơi nước đi qua Fe2O3 nung nĩng đến 4500C làm chất xúc tác, CO sẽ biến thành CO2 đồng thời thu thêm được một lượng khí H2
(H2) + CO + H2O = H2 + CO2 + (H2)
Rửa khí thu được với nước ở áp suất 20at để hịa tan CO2, tách nĩ ra xong rửa với 1 dung dịch muối Cu(1)/NH4OH để hấp thụ dấu vết CO cịn sĩt lại. Cịn lại là H2 sạch.
- Phương pháp khử hơi nước bằng sắt: cho hơi nước đi qua sắt nung đỏ ở 5000C. 3Fe + 4H2O = FeO.Fe2O3 + 4H2
Fe3O4
- Phương pháp biến đổi khí CH4 (phương pháp kinh tế nhất): CH4 được biến đổi bằng tác dụng của hơi nước ở 8000C → 10000C, xúc tác là Ni pha Co:
Cĩ 2 quá trình biến đổi:
CH4 + H2O = CO + 3H2
c. Ứng dụng: Hydro cĩ nhiều ứng dụng quan trọng - Dùng để tổng hợp NH3, HCl...
- Dùng để hydro các loại dầu mỡ để dược những thứ đặc và tốt hơn.
- Dùng trong đèn xì hydro để hàn và cắt kim loại khĩ chảy (vì khi đốt với Oxy nhiệt độ lên đến 26000C).
CO + H2O = CO2 + H2
- Dùng làm nguồn nhiên liệu hĩa học (hỗn hợp CO và H2 gọi là khí than ướt đốt cháy được).
- Dùng để điều chế kim loại cĩ độ tinh khiết cao
B. HALOGEN