Kaip pasigaminti vandenį iš vandenilio ir deguonies
Toshiro Shimada / Getty Images
Vanduo yra bendras pavadinimas divandenilio monoksidas arba HduO. Molekulė susidaro dėl daugybės cheminių reakcijų, įskaitant sintezės reakciją iš jos elementų, vandenilio ir deguonies. Subalansuota cheminė reakcijos lygtis yra tokia:
2 Hdu+ Odu→ 2 HduO
Kaip pasigaminti vandens
Teoriškai iš jo nesunku pasigaminti vandens vandenilio dujos ir deguonies dujos. Sumaišykite abi dujas, įpilkite kibirkšties arba pakankamai šilumos, kad suteiktų aktyvacijos energijos reakcijai pradėti, ir prieš tai – greitą vandenį. Tačiau vien sumaišius dvi dujas kambario temperatūroje nieko nebus, pavyzdžiui, ore esančios vandenilio ir deguonies molekulės savaime nesudaro vandens.
Energija turi būti tiekiama, kad nutrūktų kovalentiniai ryšiai, laikantys Hduir Odumolekulės kartu. Vandenilio katijonai ir deguonies anijonai gali laisvai reaguoti vienas su kitu, o tai daro dėl jų elektronegatyvumo skirtumų. Kai cheminiai ryšiai vėl susidaro, kad susidarytų vanduo, išsiskiria papildoma energija, kuri sklinda reakcija. Grynoji reakcija yra labai egzoterminis , reiškianti reakciją, kurią lydi šilumos išsiskyrimas.
Dvi demonstracijos
Viena įprastų chemijos demonstracijų yra užpildyti nedidelį balioną vandenilio ir deguonies ir paliesti balioną – iš tolo ir už apsauginio skydo – degančiu įtvaru. Saugesnis variantas yra užpildyti balioną vandenilio dujomis ir uždegti balioną ore. Ribotas deguonies kiekis ore reaguoja į vandenį, tačiau vyksta labiau kontroliuojama reakcija.
Dar vienas paprastas demonstravimas yra vandenilio burbuliavimas į muiluotą vandenį, kad susidarytų vandenilio dujų burbuliukai. Burbulai plūduriuoja, nes yra lengvesni už orą. Ilgakočiu žiebtuvėliu ar degančiu įtvaru matuoklio pagaliuko gale galima juos uždegti, kad susidarytų vanduo. Galite naudoti vandenilį iš suslėgtų dujų bako arba iš bet kuri iš kelių cheminių reakcijų (pvz., rūgštis reaguoja su metalu).
Kad ir kaip elgtumėtės, geriausia dėvėti ausų apsaugą ir išlaikyti saugų atstumą nuo reakcijos. Pradėkite nuo mažo, kad žinotumėte, ko tikėtis.
Reakcijos supratimas
prancūzų chemikas Antoine'as Laurent'as Lavoisier pavadintas vandeniliu, graikų kalba reiškia „vandenį formuojantis“, remiantis jo reakcija su deguonimi, kitą elementą, pavadintą Lavoisier, reiškiantį „rūgšties gamintoja“. Lavoisier sužavėjo degimo reakcijos. Jis sukūrė aparatą, kuris iš vandenilio ir deguonies sudarytų vandenį, kad galėtų stebėti reakciją. Iš esmės jo sąrankoje buvo naudojami du varpelio stiklainiai – vienas vandeniliui ir vienas deguoniui, kurie tiekiami į atskirą talpyklą. Kibirkščiuojantis mechanizmas inicijavo reakciją, sudarydamas vandenį.
Aparatą galite sukonstruoti taip pat, jei atidžiai kontroliuojate deguonies ir vandenilio srautą, kad nemėgintumėte iš karto susidaryti per daug vandens. Taip pat turėtumėte naudoti karščiui ir smūgiams atsparų indą.
Deguonies vaidmuo
Nors kiti to meto mokslininkai buvo susipažinę su vandens susidarymo iš vandenilio ir deguonies procesu, Lavoisier atrado deguonies vaidmenį deginant. Jo tyrimai galiausiai paneigė flogistono teoriją, kuri pasiūlė, kad į ugnį panašus elementas vadinamas flogistonas degimo metu išsiskyrė iš medžiagos.
Lavoisier parodė, kad dujos turi turėti masę, kad užsidegtų, ir kad masė po reakcijos išliko. Vandenilio ir deguonies reakcija į vandenį buvo puiki oksidacijos reakcija, kurią reikia ištirti, nes beveik visa vandens masė gaunama iš deguonies.
Kodėl mes negalime tiesiog pasigaminti vandens?
A 2006 m. Jungtinių Tautų ataskaita Manoma, kad 20 procentų planetos žmonių neturi prieigos prie švaraus geriamojo vandens. Jei taip sunku išvalyti vandenį ar gėlinti jūros vandenį, jums gali kilti klausimas, kodėl mes negaminame vandens tik iš jo elementų. Priežastis? Žodžiu – BOOM!
Vandenilio ir deguonies reakcija iš esmės yra vandenilio dujų deginimas, išskyrus tuos atvejus, kai naudojate ribotą deguonies kiekį ore, jūs maitinate ugnį. Degimo metu į molekulę pridedama deguonies, kuri šioje reakcijoje gamina vandenį. Degimas taip pat išskiria daug energijos. Šiluma ir šviesa išsiskiria taip greitai, kad smūgio banga plečiasi į išorę.
Iš esmės jūs turite sprogimą. Kuo daugiau vandens pagaminsite vienu metu, tuo didesnis sprogimas. Jis veikia paleidžiant raketas, bet matėte vaizdo įrašų, kuriuose tai įvyko siaubingai. Hindenburgo sprogimas yra dar vienas pavyzdys, kas nutinka, kai susijungia daug vandenilio ir deguonies.
Taigi, mes galime pagaminti vandenį iš vandenilio ir deguonies, o chemikai ir pedagogai dažnai tai daro – nedideliais kiekiais. Nepraktiška naudoti šį metodą dideliu mastu dėl rizikos ir dėl to, kad daug brangiau yra išvalyti vandenilį ir deguonį, kad padėtų reakcijai, nei gaminti vandenį kitais metodais, valyti užterštą vandenį ar kondensuoti vandens garus. iš oro.