Universitatea Dunrea de Jos din Galai

Universitatea Dunrea de Jos din Galai

Facultatea de tiine

Catedra de CHIMIE

Lucrare de laborator Chimia nemetalelor

HIDROGENUL

Hidrogenul se gsete :

rspndit n natur att n stare liber n pturile superioare ale atmosferei (datorit densitii lui mici), ct i combinat;

n gazele vulcanice;

liber, a fost recunoscut pe cale spectral n atmosfera soarelui, unde este componentul principal;

n scoara pmntului este rspndit sub form de combinaii cu alte elemente, n special cu oxigenul, sub forma de apa;

n combinaii cu carbonul, intra n compoziia petrolului, a diferitelor gaze naturale i n compoziia tuturor substanelor vegetale i animale.

Metode de obinere a hidrogenului

Metoda general de obinere a hidrogenului este prin reducerea ionului electropozitiv de hidrogen, dup ecuaia: 2H+ + 2e- 2H H2Substanele care servesc la prepararea hirogenului sunt: apa, acizii i bazele.

1: Obinerea hidrogenului prin descompunerea apeia) Obinerea hidrogenului din apa cu ajutorul amalgamului de aluminiu

Aluminiul nu reacioneaz cu apa la rece, n schimb, n prezena a mici cantiti de mercur, cu care formaz la rece amalgam, aluminiul reacioneaz cu apa i la rece. Are loc reacia:

Al +3H2O=Al(OH)3 +3H2 Prepararea amalgamului de aluminiu cu ajutorul azotatului de mercur(II) Hg(NO3)2.

O plac curat de aluminiu se scufund 3-4 secunde ntr-o soluie de azotat mercuros. Placa se cltete cu ap i se usuc cu hrtie de filtru. Aluminiul fiind un element activ, deplaseaz mercurul din soluia srurilor lui, formnd amalgam. La prepararea amalgamului se ine seama c azotatul de mercur divalent este toxic. Intr-o eprubeta care conine ap, se introduce amalgam de aluminiu proaspat preparat i uscat.

Se astup eprubeta cu un dop de cauciuc strbtut de un tub de sticl curbat cu 75o, efilat, i al crui capt liber este introdus ntr-un cristalizator cu apa.

Se observ imediat apariia bulelor de hidrogen.

Soluia din eprubet este tulbure din cauza hidroxidului de aluminiu format. b) Prepararea hidrogenului din apa cu amalgam de magneziu

Amalgamul de magneziu descompune apa la rece, iar magneziul reacioneaz numai la cald cu apa.

ntr-un balon cu fund plat, avnd o capacitate de 500 mL, se nclzesc la fierbere 200 mL ap.

Dup ce se aduce apa la fierbere, se aeaz n gtul balonului un dop strbtut de o linguri metalic i de un tub de degajare care conduce produii gazoi ntr-un cristalizator cu ap.

Linguria metalic, cu o band de magneziu aprins, se introduce n interiorul balonului , n spaiul unde se afl vaporii de apa.

Tubul de degajare intr n balon pn sub dop. Banda de magneziu, care arde n aer, continu s ard n vaporii de ap, descompunnd apa cu formare de hidrogen i hidroxid de magneziu, dupa reacia:

Mg + 2H2O = H2 + Mg(OH)2 Dup arderea complet a magneziului, se continu fierberea apei, pentru a se ndeprta complet hidrogenul din balon.

Se observ tulbureala datorat formrii hidroxidului de magneziu.

2) Obinerea hidrogenului din acizi i metale

Reaciile care au loc sunt:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Zn + 2CH3COOH = (CH3COO)2Zn + H2 Se foloseste un aparat Kipp sau urmtoarea instalaie: un flacon Erlenmayer sau un balon cu fund plat nchis ermetic cu un dop de cauciuc prevazut cu 2 gturi.

Printr-unul din gturi se introduce o plnie de separare iar prin cellalt un tub de sticl curbat 90o prevzut cu un tub de cauciuc i o clem.

n balonul cu fund plat se introduc granule de metal (Zn, Fe, Al, Mg), iar n palnia de separare se introduce soluia de acid (HCl, H2SO4, CH3COOH).

Se deschide robinetul plniei i se las s curg solutia de acid n picturi peste granulele de metal. Cnd acidul vine n contact cu metalul se produce hidrogen care se evacueaz prin tubul de sticl prevzut cu robinet.

Curentul de hidrogen se regleaz prin cantitatea de acid introdus din plnia picuratoare n flacon, peste metal. Hidrogenul obinut cu ajutorul aparatului descris servete n continuare la experiene care pun n eviden proprietile sale.

3) Obinerea hidrogenului din hidroxizi alcalini i metalMetalele aluminiu i zinc descompun la temperatura ordinar hidroxizii alcalini dup reaciile:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2Na[Al(OH)4]

Zn + 2NaOH + 2H2O = H2 + 2Na2[Zn(OH)4]

Se foloseste soluie 30% de NaOH sau KOH i elementele sub form de granule, buci, plci, foie sau pulberi.

Intr-o eprubet prevazut cu un dop de cauciuc prin care trece un tub de sticl curbat la 75o, pentru a conduce hidrogenul ntr-un cristalizator cu apa.

Prin introducerea aluminiului sau zincului n soluia de NaOH rezult hidrogen i hidroxocomplecii respectivi, conform reaciilor de mai sus.

Hidrogenul obinut prin acest procedeu este mai pur dect hidrogenul rezultat de la aceleai metale n reacie cu acizii diluai.Proprietile hidrogenului

Hidrogenul este un gaz incolor, inodor, insipid. Este cel mai uor gaz.

Densitatea hidrogenului fa de aer este 0,0695 g/cm3. Hidrogenul este de 14,5 ori mai uor dect aerul, de aceea hidrogenul se culege totdeauna prin deplasarea aerului n vase inute cu gura in jos.

1) Arderea hidrogenuluiEste una din proprietile caracteristice ale acestui element. In aer, hidrogenul arde cu flacr albstruie pal, foarte fierbinte, producnd apa prin reacia de combinare cu oxigenul din aer:

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g)

H = -57,8 Kcal.

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(l)

H = -68,4 Kcal

Pentru arderea hidrogenului se folosete un tub metalic de form conic sau din sticl greu fuzibil. Se aprinde un curent de hidrogen pur, lipsit chiar i de umiditate. Deasupra flcrii se aeaz un clopot de sticl sau un alt vas rece. Se observ apariia picturilor de ap pe pereii vasului.

Observaie:

- dac hidrogenul este pur, se observ o ardere linitit, fr nici un zgomot;- dac hidrogenul este impur, atunci cnd se aprinde se aude o detunatur, aceasta dac aparatul nu este etan i nu se obine hidrogen pur.

2) Aciunea reductoare a hidrogenului

Hidrogenul are caracter reductor. Aciunea lui reductoare se poate observa asupra oxizilor, clorurilor, combinaiilor oxigenate.

a) Reducerea oxizilor:Hidrogenul prezint afinitate mare fa de oxigen. Combinarea lor se face cu degajare mare de caldur. Hidrogenul se combin nu numai cu oxigenul n stare liber, ci i cu oxigenul din combinaii.

La presiune normal, hidrogenul reduce la cald oxizii a cror cldur de formare este mai mic dect cldura de formare a apei, ca de exemplu: oxizii de cupru, fier, argint, nichel, plumb, cobalt etc.

Reducerea oxidului de cupru

Reducerea monoxidului de cupru, la cald, cu hidrogen molecular are loc dup reacia:

CuO + H2 = Cu + H2O

Intr-o nacel de portelan lung de 3-5 cm, curat i uscat se introduc 3-4 g CuO negru;

Nacela cu substana se introduce ntr-un tub de combustie ;

Tubul de combustie se aeaz puin nclinat fa de poziia orizontal;

Apoi se trece prin tubul de combustie un curent de hidrogen. Trecerea hidrogenului se regleaz n aa fel, ca s se poat numra bulele de hidrogen ntr-un vas spltor ce conine H2SO4 concentrat, intercalat ntre masa de hidrogen i tubul de combustie;

Dupa evacuarea aerului din aparatur se aprinde hidroganul la extremitatea tubului de combustie (nclzirea mai puternic se execut unde se afl nacela);

Dupa reducerea monoxidului de cupru (pulbere roie de cupru), se oprete nclzirea, se trece mai departe hidrogenul pn cnd tubul poate fi prins cu mna, apoi se oprete hidrogenul i se demonteaz instalaia.

b) Reducerea compusilor oxigenai (KMnO4, K2Cr2O7):Hidrogenul n stare nscnd reduce n mediul acid permanganatul de potasiu, dup reactia:

2KMnO4 + 8H2SO4 + 5Zn = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 5ZnSO4 Intr-o eprubet care conine 2mL soluie 0,01n de KMnO4 se adaug 1mL soluie H2SO4 1:3 i cteva granule de zinc. Se observ decolorarea soluiei de KMnO4.

Intr-o alt eprubet ce conine 2mL soluie 0,01n de K2Cr2O7 acidulat cu 2mL H2SO4 1:3 se adaug i cteva granule de zinc. Se observ trecerea de la culoarea portocalie, caracteristic ionului bicromat la culoare verde, caracteristic ionului de crom trivalent. i n acest caz hidrogenul rezultat din reacia H2SO4 cu zincul va reduce K2Cr2O7 K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 3Zn = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3ZnSO4 + 7H2O

n ambele experiene reducerea nu se poate realiza prin barbotarea unui curent de hidrogen obinut de la o surs de hidrogen pur.

3) Determinarea triei acizilorSe urmrete comportarea metalelor fa de acizi, la diferite diluii i reaciile care au loc ntre acelai metal i acizi diferii.

Pe baza reaciilor dintre acidul clorhidric, ortofosforic i acetic cu zincul metalic se poate arta experimental tria acizilor, dup viteza de degajare a hidrogenului.

In 3 baloane cu o capacitate de 100-150 mL se introduc cte 50 mL soluie 1n de acid clorhidric, ortofosforic i acetic, apoi n fiecare balon se introduce o bucic la fel de mare de zinc sau magneziu i se astup baloanele ct mai repede posibil cu dopuri de cauciuc strbtute de tuburi abductoare de gaz;

Tuburile abductoare de gaz, de form curbat, au extremitile libere introduse n gurile a trei biurete pline cu ap, care se afl rsturnate cu gura n jos, ntr-un cristalizator mare cu apa;

Dup cteva minute se observ c nivelul apei din biureta aflat n legatur cu balonul n care se afl HCl i Zn a coborat mai mult dect n biureta legat de balonul cu CH3COOH i Zn.

4) Determinarea echivalentului chimic al unui metal activ Prin metoda volumetric

Metoda const n msurarea volumului unui gaz care se degaj dintr-o reacie n care unul dintre reactani sau un alt produs, reprezint substana de analizat. Metoda are la baz legea echivalenilor chimici.

Se poate aplica cu rezultate bune la determinarea echivalentului unui metal n reacia sa cu un acid, cnd se degaj hidrogen. Se va msura volumul hidrogenului rezultat din reacie, care se aduce prin calcul n condiii normale (V0)

V0= PT0/ V

n calcul se va ine seama de presiunea parial a vaporilor de ap, deoarece gazul a fost cules deasupra apei, adic p=P---h n care P este presiunea atmosferic din tub, iar h este presiunea vaporilor de ap la temperatura T.

Se calculeaz masa hidrogenului degajat tiind ca 1mol H2 (2,016 g) ocup in conditii normale 22,4L.

Din legea echivalentilor se scoate echivalentul metalului

mM = 2,016 V/ 22,4 = V/11,2In care mM=masa metalului luata pt determinare(g)Eroarea de determinare este :

E = Eexp/ EtEt = echivalent gram teoretic

Eexp = echivalent gram determinat experimental.

Aparatul este format din 2 tuburi lungi, care comunic ntre ele printr-un tub de cauciuc la partea superioar, tubul gradat se pune n legatur cu un balon, prin intermediul unui tub de cauciuc, prelungit la ambele capete cu tuburi de sticl care strbat dopurile de cauciuc fixate n gtul gradat al balonului;

Cnd aparatul este montat etan, se aduce apa din ambele tuburi la acelai nivel, se fixeaz tuburile n stativ i se noteaz cu precizie pe tubul gradat, diviziunea n dreptul creia este nivelul apei.

In balon se introduc cu o pipeta 15-20 mL solutie 1:1 de acid clorhidric i un mic cristal de CuSO45H2O pentru a favoriza reacia dintre acidul clorhidric i zinc.

Se nclin balonul i n gtul interior al balonului se aeaz metalul cntrit (0,02-0,03g Zn sau Mg)

Se nchide bine balonul i apoi se aduce n poziie vertical pentru ca zincul s vin n contact cu HCl;

Hidrogenul degajat mpinge apa din biuret n tubul negradat;

Dup terminarea reaciei, cnd eprubata s-a rcit, se aduce lichidul din cele dou tuburi la acelai nivel, prin coborarea tubului negradat;

Se citete i se noteaz volumul hidrogenului din biuret, apoi se noteaz temperatura i presiunea atmosferic la care s-a lucrat;

Se poate calcula echivalentul gram al metalului.