Kimyo · Elementlar kimyosi · 7-sinf

Vodorod — eng yengil gaz

Vodorod havodan necha marta yengil va nega uni yoqishdan oldin «qarsillatib» sinashadi?

Vaziyat

Maktab laboratoriyasida shishadan yasalgan uch qavatli idish — Kipp apparati turibdi: krani ochilsa, ichida rux va xlorid kislota «qaynab» vodorod chiqaradi, yopilsa — reaksiya o‘z-o‘zidan to‘xtaydi. Vodorod — eng yengil gaz: u bilan to‘ldirilgan sovun pufagi shiftga uchib ketadi. Lekin uni yoqishdan oldin probirkada «qarsillatib» sinash shart — nega? Vodorod qora mis(II) oksidni qizil misga aylantiradi, yonganda esa faqat suv hosil qiladi. Suvni tok bilan parchalab olingan vodorodni yonilg‘i elementida yana elektrga aylantirish mumkin — vodorodli avtobuslar shunday yuradi.

Mavzu

Vodorod — eng yengil gaz. Kipp apparatidan vodorodli avtobusgacha: rux va kislotadan vodorod, «qarsillovchi gaz» sinovi va yonilg‘i elementi

Asosiy tushunchalar

Kipp apparati
Qarsillovchi gaz
Yonilg‘i elementi

Formulalar

Zn + 2 HCl \overset{}{\to} ZnCl_{2} + H_{2} ↑

Laboratoriyada olinishi: rux va xlorid kislota (Kipp apparatida).

2 H_{2} + O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O

Yonishi: 1 mol H₂ ga 286 kJ (≈ 142 MJ/kg). H₂ : O₂ = 2 : 1 aralashma — «qarsillovchi gaz».

CuO + H_{2} \overset{\overset{}{t}}{\to} Cu + H_{2} O

Vodorod — qaytaruvchi: mis(II) oksiddan kislorodni tortib oladi.

2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 H_{2} + O_{2}

Suv elektrolizi: katodda vodorod, anodda kislorod, hajmlar nisbati 2 : 1.

V (H_{2}) = \frac{I t}{2 F} V_{m}

Elektrolizda ajralgan vodorod: $F$ = 96 485 C/mol; 20 °C da $V_{m}$ ≈ 24,1 l/mol.

Nazariya

Vodorod — birinchi element

Vodorod (H) — davriy jadvalning 1-elementi: atomida bitta proton va bitta elektron. Koinotdagi oddiy moddaning qariyb 3/4 qismi (massa bo‘yicha) vodorod; Yerda u asosan suv va organik moddalar tarkibida. Oddiy modda H₂ — rangsiz, hidsiz gaz, eng yengil modda: n.sh. da zichligi 0,0899 g/l, havodan 14,4 marta yengil (1,293/0,0899; molyar massalardan taxminan $D_{h a v o} = 29 / 2 \approx 14,5$ ). Suvda deyarli erimaydi, −253 °C da suyuladi.

Amaliy ish: olinishi va yig‘ish

Laboratoriyada vodorod faol metallarga suyultirilgan kislota ta’sir ettirib olinadi: $Zn + 2 HCl \overset{}{\to} ZnCl_{2} + H_{2} ↑$ (yoki $Zn + H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} ZnSO_{4} + H_{2} ↑$ ). Kipp apparatida (P. Kipp, Delft, 1844) rux o‘rta sharda turadi: kran ochilsa, gaz chiqib ketadi va kislota ruxgacha ko‘tariladi; kran yopilsa, to‘plangan vodorod kislotani pastki shar va yuqori voronkaga siqib chiqaradi — reaksiya o‘zi to‘xtaydi. H₂ havodan yengil, shuning uchun probirka og‘zi pastga tutib yig‘iladi; suvda erimagani uchun suvni siqib chiqarib ham yig‘ish mumkin. Sanoatda vodorod asosan tabiiy gazdan ( $CH_{4} + H_{2} O \overset{}{\to} CO + 3 H_{2}$ , yuqori haroratda va katalizator ishtirokida) olinadi; suv elektrolizi hozircha kichik ulushni beradi, lekin «yashil vodorod» uchun uning ahamiyati ortib bormoqda.

Tozaligini sinash: «qarsillovchi gaz»

Vodorod havo bilan hajm bo‘yicha 4 % dan 75 % gacha aralashganda, alanga tekkizilsa alangalanib ketadi — ko‘pincha portlash bilan; eng kuchlisi — kislorod yetarli bo‘lgan 29,5 % li aralashma, toza kislorod bilan 2 : 1 aralashma esa qarsillovchi gaz deyiladi. Shuning uchun asbobdan chiqayotgan vodorodni yoqishdan oldin uning tozaligi tekshiriladi: probirka og‘zi pastga holda to‘ldirilib, barmoq bilan yopiladi va alangaga olib boriladi. Keskin qarsillash — gazda havo bor, asbob hali havodan tozalanmagan. Sokin yonish (ovoz deyarli yo‘q, probirka og‘zida och ko‘k alanga) — vodorod toza; bo‘g‘iq ovoz — deyarli toza, lekin ozgina havo hali bor.

Kimyoviy xossalari

Vodorod deyarli ko‘rinmaydigan och ko‘k alanga bilan yonadi: $2 H_{2} + O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O$ , 1 mol H₂ ga 286 kJ issiqlik — 1 kg ga ≈ 142 MJ, metandan qariyb 2,5 marta ko‘p. Yonish mahsuloti faqat suv: sovuq stakan alanga ustida terlaydi. Vodorod — qaytaruvchi: qizdirilgan mis(II) oksiddan kislorodni tortib oladi: $CuO + H_{2} \overset{}{\to} Cu + H_{2} O$ — qora kukun qizil misga aylanadi, naychaning sovuq qismida suv tomchilari paydo bo‘ladi. Metallmaslar bilan ham birikadi: azot bilan ammiak, xlor bilan vodorod xlorid hosil qiladi. Kislorod bilan ikkinchi birikmasi — vodorod peroksid H₂O₂: kuchli oksidlovchi (3 % li eritmasi — dorixonadagi antiseptik), MnO₂ ishtirokida suv va kislorodga parchalanadi (kislorod tajribasida). Qaytarish tartibi: avval vodorod oqimi havoni siqib chiqaradi (aks holda qizdirilganda portlash bo‘ladi); oxirida avval gorelka o‘chiriladi, vodorod esa mis sovigunicha o‘tkazib turiladi — aks holda issiq mis havoda yana oksidlanadi.

Ishlatilishi va vodorod energetikasi

Vodorodning eng ko‘p qismi ammiak sinteziga ( $N_{2} + 3 H_{2} \overset{}{⇌} 2 NH_{3}$ ) — azotli o‘g‘itlar uchun ketadi. O‘simlik moylari vodorodlanib margarin olinadi; suyuq vodorod va suyuq kislorod — raketa yoqilg‘isi. Yonilg‘i elementida vodorod va kislorod yonmasdan, to‘g‘ridan-to‘g‘ri elektr toki va suv hosil qiladi (bir element ≈ 0,7 V beradi) — vodorodli avtobus va avtomobillar shunday ishlaydi. Elektroliz qonuni: $V (H_{2}) = \frac{I t}{2 F} V_{m}$ — 1 A tok 1 soatda 20 °C da ≈ 449 ml vodorod beradi. O‘zbekistonda Chirchiq elektrokimyo kombinatida 1940-yilda suv elektrolizi sexi ishga tushgan: Chirchiq GES lari elektri bilan suvdan olingan vodoroddan azotli o‘g‘it ishlab chiqarilgan; keyinroq korxona tabiiy gazga o‘tgan.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: himoya ko‘zoynagi taqing; xlorid kislota teriga tegsa — ko‘p suv bilan yuving; vodorod chiqayotgan asbob yonida olov yoqmang, tozaligini tekshirmasdan hech qachon yoqmang; elektrolizda faqat past kuchlanishli manba ishlating. Model: Kipp apparatida reaksiya tezligi kislota bilan ho‘llangan rux ulushiga va kislota konsentratsiyasiga proporsional, kran orqali oqim bosim farqiga proporsional (gidrostatika — profillarning aniq hajmlaridan); asbob va probirkadagi gaz bir jinsli aralashadi; sinovdagi ovoz kuchi sxematik (4 %, 29,5 % va 75 % chegaralari adabiyotdan); CuO ning qaytarilish kinetikasi sxematik (≈ 150–200 °C dan boshlanadi); elektrolizda tok to‘liq gaz ajratishga sarflanadi; yonilg‘i elementi 0,8 A tok beradi.

Bilasizmi?

Ingliz olimi Genri Kavendish 1766-yilda metallarga kislota ta’sir ettirib «yonuvchi havo» ni ajratgan va uning havodan ancha yengil ekanini o‘lchagan. «Hydrogène» («suv tug‘diruvchi») nomini 1783-yilda Antuan Lavuazye bergan.
Chirchiq elektrokimyo kombinatini qurish haqidagi 1932-yilgi qarorda azotli o‘g‘itni suv elektrolizidan olinadigan vodorod asosida ishlab chiqarish ko‘zda tutilgan; suv elektrolizi sexi 1940-yilda ishga tushgan, birinchi ammiakli selitra o‘sha yilning oktyabrida olingan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Havo: tarkibi va ifloslanishi — 7-sinf
Kislorod va ozon — 7-sinf
Suv: tarkibi va xossalari — 7-sinf
Foydali qazilmalar — 7-sinf
Ohak va birikmalar sinflari — 8-sinf
Metallmaslar va galogenlar — 8-sinf
Xlor va xlorid kislota — 8-sinf
Kislorod guruhi va oltingugurt — 8-sinf
Sulfat kislota va kontakt usuli — 8-sinf
Azot, ammiak va nitrat kislota — 8-sinf