почему водород можно собрать методом вытеснения воды

Получение водорода

История открытия водорода История водорода начинается с XVI века, когда было замечено, что при действии кислот на железо и другие металлы выделяется некий неизвестный газ. Первоначально его назвали «горючим воздухом». Такое название газ получил из-за способности гореть. Во второй половине XVIII века английский ученый Генри Кавендиш получил водород при действии соляной кислоты HCl на цинк:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­

Что же такое кислота с точки зрения химии? Кислота – это сложное вещество, в состав которого всегда входят атомы водорода. В формулах кислот атомы водорода принято писать на первом месте. Атомы, следующие в формуле за водородом, называют кислотным остатком. Так, в соляной кислоте HCl кислотный остаток – Cl.

Например, в серной кислоте H2SO4, кислотный остаток – SO4. Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток Генри Кавендиш изучил свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ намного легче воздуха, а при сгорании на воздухе образует прозрачные капли жидкости. Этой жидкостью оказалась вода.

Генри Кавендиша считают первооткрывателем водорода. Вывод о том, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, был сделан в 1784 году французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье. Антуан Лоран Лавуазье дал этому веществу латинское название (Hydrogenium), которое происходило от греческих слов «хюдор» – вода и «геннао» – рождаю. В те годы под элементами подразумевали простые вещества, которые нельзя далее разложить на составные части. Поэтому у химического элемента водорода такое же название, как и у просто вещества H2. Русское слово водород – это точный перевод латинского названия Hydrogenium.

Получение водорода в лаборатории

Современный лабораторный способ получения водорода не отличается от того, которым его получал Генри Кавендиш. Это реакции металлов с кислотами. В лаборатории водород получают в аппарате Киппа (рисунок 152).

Аппарат Киппа изготовляется из стекла и состоит из нескольких частей:

Реакционная колба имеет верхнюю шарообразную часть с отверстием, в которое вставляется газоотводная трубка, снабженная краном или зажимом, и нижний резервуар в виде полусферы. Нижний резервуар и реакционная колба разделены резиновой или пластиковой прокладкой с отверстием, через которое проходит в нижний резервуар длинная трубка воронки, доходящая почти до дна. На прокладку через боковое отверстие шпателем насыпают твёрдые вещества (мрамор, цинк). Отверстие закрывается пробкой с газоотводной трубкой. Затем при открытом кране или зажиме в верхнюю воронку заливается раствор кислоты. Когда уровень жидкости достигает вещества на прокладке, начинается химическая реакция с выделением газа. При закрытии крана давление выделяющегося газа выдавливает жидкость из реактора в верхнюю часть воронки. Реакция прекращается. Открытие крана приводит к возобновлению реакции. Поместим в реакционную колбу кусочки цинка. В качестве кислоты воспользуемся серной кислотой. При контакте цинка и серной кислоты протекает реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

Водородом можно заполнить мыльный пузырь.

Для этого необходимо опустить газоотводную трубку в мыльный раствор. На конце трубки начнется формирование мыльного пузыря, заполненного водородом; со временем пузырь отрывается и улетает вверх, что доказывает легкость водорода. Соберем выделяющийся водород. С учетом того, что водород намного легче воздуха, для сбора водорода сосуд, в котором собирается газ, необходимо располагать вверх дном, или производить собирание методом вытеснения воды. Как обнаружить водород? Заполним пробирку водородом, держа ее вверх дном, по отношению к газоотводной трубке. Поднесем пробирку отверстием к пламени спиртовки – слышится характерный хлопок.

Хлопок – это признак того, что в пробирке содержится водород. При поднесении пробирки к пламени водород вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. При малых количествах реакция кислорода и водорода сопровождается хлопком. Более подробно об этой реакции будет рассказано в следующем параграфе.

Получение водорода в промышленности

Одним из промышленных способов получения водорода является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H2O эл.ток → 2H2­ + O2­.

Данный метод позволяет получить чистый водород и кислород. Процесс превращения химических веществ в другие вещества под действием электричества называется электролизом.

Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока Проведем электролиз воды. В стакан наполненный водой, опустим металлические электроды. Поверх электродов опустим в стакан пробирки, заполненные водой. Подсоединим электроды к источнику тока – батарейке. В пробирках наблюдается выделение газов – водорода и кислорода, которые вытесняют воду. Наблюдая за процессом электролиза, можно заметить, что в одной из пробирок газа собирается в два раза больше, чем в другой. Проанализировав уравнение реакции электролиза воды, можно сделать вывод, в какой пробирке выделяется водород, а в какой – кислород. Попробуйте это сделать самостоятельно.

Существуют и другие способы получения водорода. Железо-паровой метод долгое время широко применялся в промышленности. Через электрическую трубчатую печь проходит трубка из нержавеющей стали, заполненная железными стружками. Через трубку с железными стружками пропускают водяной пар. При температуре около 800°С пары воды взаимодействуют с железом, образуя оксид Fe3O4 (железную окалину) и газообразный водород:

3Fe + 4Н2О = 4Н2­ + Fe3O4.

Можно получить Н2, пропуская Н2О через слой раскаленного угля. При этом образуется смесь двух газов – СО и Н2 (водяной газ):

Н2О + С = CO­ + Н2­

В настоящее время водород получают взаимодействием углеводородов (в основном метана, СН4) с водяным паром или неполным окислением метана кислородом:

2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2

Итог статьи:

Источник

Класс: 8

Презентации к уроку

Место урока: 8 класс. Тема II: Кислород, водород, вода как растворитель.

Тип урока: практическая работа

Задачи:

Планируемые результаты обучения:

Оборудование:

Методы и приемы:

Ход урока

(курсивом описаны действия учеников и учителя, особенности методики урока; обычным шрифтом – речь учителя)

I. Организационный момент (1 мин.)

отметить наличие халатов у всех учеников, проверить свободны ли от сумок проходы, убраны ли волосы у девочек. На столах оставить только ручки, калькуляторы и тетради.

II. Активизация знаний, необходимых для выполнения практической работы (13 мин.)

Слайд 1:

На этом уроке мы получим водород в лабораторных условиях. Это газообразное вещество; является взрывоопасным, если загрязнено воздухом, и поэтому требует к себе повышенного внимания.

Ученики одновременно с обсуждением расписываются в журнале техники безопасности.

Слайд 2:

Ознакомление с планом урока. I.

На предыдущем уроке была проведена подготовка учеников к данной практической работе (Презентация 1) и задано домашнее задание:

Слайд 3:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

Слайд 4:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

Просмотр двух видеороликов.

При проверке водорода на чистоту сжигают небольшой его объем (около 15 мл).

Возможный микровзрыв к травме привести не может.

Правило ТБ: пока нет убежденности, что газ из прибора выделяется чистый, держать отверстие газоотводной трубки подальше от пламени спиртовки.

Слайд 5:

Демонстрация результатов нарушений правил ТБ: пробирка с растресканным дном

Правило ТБ: нагревать пробирку необходимо в том месте, где находится твердое вещество, а не выше – где воздух. От неравномерного нагрева пробирка треснет.

пробирка со следами соляной кислоты в смеси с оксидом меди (II)

Правило ТБ: при зарядке автоматического прибора соляной кислотой нужно следить, чтобы не перелить кислоту (max 2 мл), иначе избыток от экзотермичности и бурного течения процесса попадет в газоотводную трубку.

III. Демонстрация эксперимента учителем (7 мин.)

Слайд 6

Слово учителя с элементами беседы

1. Взять ложкой-дозатором небольшое количество черного порошка оксида меди (II), поместить в пробирку, оставить в штативе для пробирок до проведения опыта по изучению восстановительных свойств водорода.

2. Закрепить автоматический прибор для получения газов в лапке штатива. Зарядить прибор исходными веществами: 4-5 гранул цинка поместить на резиновый кружок, через воронку прилить соляную кислоту так, чтобы ее слой над цинком был не более 2 мл. Прибор закрыть максимально герметично.

3. Для проверки газа на чистоту, мне приходится приготовить спиртовку заранее. Вы работаете вдвоем и зажжете спиртовку после того, как наберете газ в пробирку- приемник.

Правила ТБ: работа со спиртовкой

а) прежде чем зажечь спиртовку, нужно проверить плотно ли диск прилегает к отверстию резервуара (иначе искра может попасть в резервуар и весь объем спирта воспламенится)
б) зажигать только спичкой (нельзя использовать зажигалку, другую спиртовку)
в) спичку класть в лоток следует, убедившись, что она затушена (демонстрация нарушения правил ТБ – прожженный лоток)
г) чтобы погасить пламя, ее следует закрыть колпачком (задувать нельзя)

Выделяющийся водород собрать методом вытеснения воздуха, держа пробирку-приёмник вверх дном. Проверить газ на чистоту: зажать отверстие пробирки пальцем и поднести пробирку к пламени спиртовки, открыть ее.

4. Затем выделяющийся водород собрать методом вытеснения воды: набрать полную пробирку воды, перевернуть ее в кристаллизаторе и подвести к отверстию газоотводную трубку. Когда пробирка-приемник полностью заполнится водородом, зажать отверстие пальцем под водой. Убедиться в чистоте газа.

5. Закрепить пробирку с оксидом меди (II) в держателе.

Правила ТБ: закрепление пробирки в держателе

а) пробирку закрепляют в верхней третьей части ближе к отверстию
б) пробирка не должна выпадать, но проворачиваться (иначе при нагревании стекло расширяется и пробирка может лопнуть)
в) чтобы вынуть пробирку из держателя, нужно ослабить зажим.

Прогреть пробирку на пламени спиртовки 2-3 раза, далее нагревать ее в верхней части пламени, в том месте, где находится оксид меди (II). Внести газоотводную трубку с выделяющимся водородом.

После окончания опыта дать пробирке остыть, затем поставить в штатив для пробирок.

6. Потушить спиртовку, перекрыть зажимом выделение водорода.

Основное правило ТБ: работать уверенными руками!

IV. Выполнение практической работы, оформление результатов, уборка рабочего места (23 мин.)

Слайд 6

1. Ученики выполняют практическую работу самостоятельно. Учитель следит за правиль-ностью выполнения техники эксперимента и соблюдением правил ТБ.

2. Уборка рабочего места: после окончания опыта по изучению восстановительных свойств водорода:

1-й ученик: потушить спиртовку, дать пробирке-реактору остыть, затем поставить ее в штатив для пробирок.

2-й ученик: перекрыть выделение газа в автоматическом приборе, вынуть воронку, остатки цинка поместить на фильтровальную бумагу. Вынуть прибор из лапки штатива, слить отра-ботанный раствор в «СКЛЯНКУ ДЛЯ СЛИВА», сдать прибор учителю.

учитель: собирает лотки и кристаллизаторы с водой.

3. Демонстрационный опыт: изучение продукта реакции цинка с соляной киcлотой

Отработанный раствор слить в стакан и несколько капель с помощью стеклянной палочки перенести на стеклянную пластинку. Укрепить пластинку в тигельных щипцах и упарить раствор на пламени

4. Оформить результаты эксперимента: сформулировать и записать наблюдения, вывод (что узнали про газообразное вещество водород на практической работе), сдать тетрадь.

Проведение урока (Фото-фильм)

Использованные электронные пособия:

Оформление работы в тетради ученика:

Практическая работа 5: Получение водорода и изучение его свойств

1. Способ получения водорода – взаимодействие активных металлов с кислотами.

2. Приборы для получения и собирания водорода

Рис. Прибор для получения водорода – автоматический, который позволяет в любой момент остановить реакцию с помощью зажима (прибор Кирюшкина).

Собирание газа методом вытеснения воды – возможно, т.к. водород малорастворим в ней.

Рис. Собирание газа методом вытеснения воздуха – держа пробирку-приемник вверх дном, т.к.

– следовательно, водород легче воздуха

3. Обнаружение водорода – проверка его на чистоту

4. Свойство водорода – активный восстановитель

Вывод:

Одним из способов получения водорода в лаборатории является взаимодействие цинка с разб. соляной кислотой, при этом образуется соль (хлорид цинка) и водород. Водород – бесцветный газ, без запаха, малорастворим в воде, легче воздуха, в смеси с воздухом взрывоопасен, восстанавливает металлы из их оксидов.

Источник

Почему водород можно собрать методом вытеснения воды?

Можно, т.к. водород нерастворим в воде, ведь он имеет неполярную ковалентную связь, поэтому собирают методом вытеснения воды.

Так как водород почти нерастворим в воде, поэтому его можно собрать методом вытеснения воды

Другие вопросы из категории

FeCI3+3NaOH=Fe(OH)3 +3NaCI
Ca(OH)3+K2So4⇒CaSo4+2KOH
Co2+Ca(OH)2=CaCo3+H2O
напишите пожалуйста в ионом виде

Читайте также

Укажите, какие из перечисленных газов – водород, аммиак, углекислый газ и кислород
можно собирать методом вытеснения воздуха, методом вытеснения воды? Зарисуйте схемы приборов для получения и собирания указанных газов

для восстановления меди массой 32 г из оксида меди. 3. Вычислить количество угольной кислоты, которая образуется в результате взаимодействия оксида углерода (4) с водой: а) количеством вещества 3 моль б) массой 36 г. 4. Какая масса оксида калия взаимодействует с водой, если в результате реакции образуется гидроксид калия количеством вещества 2,5 моль? 5. Какой объем водорода требуется для восстановления 3 моль меди из оксида меди (2) и какая масса воды при этом образуется? 6. Какую массу оксида железа (2) можно восстановить водородом объемом 8,96 л? 7. Какая масса оксида фосфора (5) взаимодействует с водой, если в результате рефкции образуется цель фосфорная кислота количеством вещества 2,5 моль? 8. Какой объем водорода выделится при взаимодействует с водой кальция количеством вещества 1,5 моль? 9. Какая масса серной кислоты израсходуется на взаимодействие с оксидом калия массой 18,8 г? 10. Количество вещества соли сульфата алюминия образуется в результате взаимодействия оксида алюминия с серной кислотой массой 19,6 г? 11. Какую массу оксида меди можно получить в результате прокаливания гидроксида меди массой 19,6 г? Т Если что-то из того знаешь пожалуйста помоги буду благодарна! :))

кислорода из жиженого воздуха в)получение кислорода разложением воды электрическим током г)собирание кислорода методом вытеснения воды

Источник

Конспект урока «Водород.Получение и физические свойства.»

Когда-то японцы продемонстрировали миру водородную воду. Она находилась в источниках, снабжавших тысячелетиями императорскую семью питьем.

Правящий император Акихито является прямым потомком Дзимму, который основал государство и правил им первым. Акихито же 125 глава Японии. Он долгожитель, как и все его предшественники. Император активно участвует во всех делах государства, планируя отметить свое 85-летие. Акихито в одном интервью рассказал о том, что в его семье большое значение уделяют употребляемой воде, которая берется исключительно из лечебного источника.

Но в мире целебных ключей огромное количество. Ученые начали интересоваться, что же их всех объединяет. Пробы были взяты и из источника Акихито. Выяснилось, что в каждом ключе водородная вода. Название кажется достаточно странным. Все знают формулу H2O. Какой может быть в этом случае жидкость с водородом, если не водородной? В этой статье разберемся в дебрях терминологии, а также выясним, как приготовить водородную воду в домашних условиях.

Что это такое?

В простой воде кислород связан с водородом. При этом отдельная молекула газа включает в себя только два его атома. В этом виде водород летуч, следовательно, его у поверхности встретить очень проблематично. Единственные источники – целебные ключи. Молекулярный водород в них растворен, а это препятствует его улетучиванию. Способствует его сохранению и расположение под землей вод. Таким образом, у молекул водорода выхода нет. Оказываясь на поверхности, понемногу вещество жидкость покидает.

Водородная питьевая вода с момента открытия провозглашена живой. Объяснились сказочные сюжеты о волшебных источниках воды, дающих последующее воскрешение. Водородная вода в прямом смысле из мертвых не возвращает, правда, вещество может «оживить» больных людей, даруя им дополнительные годы жизни. Узнаем, в чем заключаются свойства водородной воды, в домашних условиях которые, к слову, не утрачиваются.

Новый метод электролиза производит в 4 раза больше водорода

Присутствующий в изобилии природе, водород может стать перспективным чистым источником топлива, однако из-за ряда проблем его применение пока не может получить широкого распространения. Ученые из Южной Кореи разработали новую систему получения газа из воды, которая, по их словам, намного эффективнее других электролизных технологий.

За основу своего изобретения исследовательская группа, в состав которой вошли ученые из Ульсанского национального института науки и техники, Корейского института энергетических исследований и женского университета Сукмун, взяла уже существующую конструкцию под названием «твердая оксидная электролизная ячейка» (SOEC).

В усовершенствованной модели, так же, как и в других электролизерах, электрический ток расщепляет воду на молекулы водорода и кислорода, которые затем отдельно улавливаются. Отличие заключается в том, что в предложенной установке оба электрода являются твердотельными, как и электролит, служащий проводником ионов.

В системах, использующих жидкие электролиты, необходимо постоянно контролировать уровень жидкости. К тому же со временем жидкие электролиты становятся причиной коррозии других компонентов. Твердотельные электролизёры лишены этих недостатков, работают при более высоких температурах и могут извлекать электричество из этого тепла, соответственно, энергозатраты при их функционировании минимальны.

До сегодняшнего дня существовало два варианта ячейки SOEC, в которых использовались разные электролиты: первая конструкция позволяла пропускать только ионы кислорода, а вторая – только ионы водорода. Такое одностороннее движение ограничивало количество производства водорода и требовало улучшений. Сохранив все преимущества твердотельного электролизера, исследователи разработали новую высокоэффективную гибридную систему (Hybrid-SOEC), в которой используется проводник со смешанными ионами для одновременного переноса как отрицательно заряженных ионов кислорода, так и положительно заряженных ионов водорода (протонов).

Используя смешанный ионный проводник и электроды из слоистого перовскита, Hybrid-SOEC произвел 1,9 литра водорода в час, работая при напряжении ячейки 1,5 В и температуре 700° С. Исследователи говорят, что это в четыре раза эффективнее существующих систем электролиза воды, а после непрерывного функционирования устройства в течение 60 часов признаки ухудшения производительности полностью отсутствовали.

Свойства водородной воды

Молекулярный водород считается антиоксидантом, давая фору по многим параметрам «коллегам». Например, молекулы витаминов Е, С и коэнзимов велики, устроены сложно. Размеры частиц их способность проникать через мембраны клеток снижают. При этом внутри них образуются вредные оксиданты. А значит, коэнзимы и витамины – антиоксиданты неэффективные.

Их функция – поглощать свободные радикалы, заряженные положительно. В организме с их накоплением связаны возникающие процессы старения. Но привычные антиоксиданты также поглощают источник молодости – отрицательно заряженные частицы. Следовательно, действие веществ сходит на нет. Молекулы газа малы в размерах и просто устроены. Частицы с легкостью проникают в клетки, работая прицельно.

За счет этого многие пытаются сделать в домашних условиях водородную воду. Ее можно сразу же выпить. Технологи смогли отыскать способ обогащать водопроводную жидкость антиоксидантом. Для этого произведен специальный генератор. Изобретая этот аппарат, ученые также придумали способ сохранения воды, созданной самой природой – поскольку молекулы газа могут проникать через мембраны, тару производят плотнее стенок клеток.

Электролизные установки. Промышленные генераторы водорода

предлагает оборудование для производства водорода методом электролиза воды в щелочном растворе (30% гидроксид калия) – электролизные установки (промышленные генераторы водорода).

Электролиз – это самый простой и доступный способ получения водорода из существующих.

Преимущества производства водорода методом электролиза:

Электролиз – самый распространенный и эффективный промышленный способ получения водорода. Данный метод позволяет производить водород с полезным использованием затрачиваемой электрической энергии примерно 70%.

Процесс электролиза протекает внутри гальванического элемента (камеры), разделённой на положительную и отрицательную стороны, где электрический ток протекает между металлическими электродами через проводящий жидкий электролит (водный раствор щёлочи). Положительный электрод называется анодом, а отрицательный – катодом.

Простой гальванический элемент

Половины элемента разделены смоченной мембраной, которая позволяет электрическому току течь (посредством электролита), но предотвращает перенос выделяющихся газов из одной стороны в другую.

Когда подается напряжение постоянного тока, ток протекает через жидкость, контактирующую с электродами, в результате чего происходит выделение газов:

Внутри гальванического элемента расходуется только вода. Электролит добавляется для минимизации электрического сопротивления и для содействия реакции посредством обеспечения избытка гидроксильных ионов (см. реакцию выше), но не расходуется в процессе.

Количество газа, выделяемого на каждом электроде, находится в прямой зависимости от количества постоянного тока, протекающего через элемент. Особенность процесса щелочного электролиза – возможность работы в широких пределах нагрузки (начиная с 10% от номинальной мощности). Энергозатраты при щелочном электролизе – 4,5÷5,5 кВт на 1 Нм3 производимого водорода.

Преимущества электролизных установок :

Срок изготовления

Изготовление водородной воды

При получении этой живой воды имеется выбор. Помимо забора из натуральных источников, работают также с простой питьевой. Первый способ, как сделать водородную воду в домашних условиях, – это сатурация (обогащение ее молекулярным водородом). Это обязательный этап изготовления газировок. В них газ появляется методом обработки в сатураторе. Миниатюрная версия прибора имелась практически во всех советских семьях. Стоит отметить, что аппарат насыщал напитки углекислым газом. При этом сатуратор для водородной воды в нее переводит водород из специальных баллонов.

Следующий активатор – это электролизация, которая проходит методом пропускания тока через жидкость. На катоде при этом образуется молекулярный водород, кислород – на аноде. Героиню статьи можно получить и методом реакции воды с различными металлами. В этом случае подойдет элементарный магний, а также его гидриды. Но полученный продукт таким образом насыщается газом и различными сторонними примесями. А значит, ему требуется очистка. Иначе вред водородной воды ее пользу перевесит. Следовательно, новинку рынка изготавливают чаще всего сатурацией и электролизом.

Производство водорода из различных источников сырья

На 2020 год в мире потребляется 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака. Из них более 3/4 производится из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м3 газа.[2] Почти все остальное получают из угля. Около 0,1 % (

100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом. При производстве водорода в атмосферу поступает

830 млн тонн CO2. Себестоимость водорода из природного газа оценивается в 1,5-3 доллара за 1 кг.

Из метана

Паровая конверсия с водяным паром при 1000 °C:

C H 4 + H 2 O ⇄ C O + 3 H 2 <\displaystyle <\mathsf +H_<2>O\ \rightleftarrows <>\ CO+3H_<2>>>>

Водород можно получать разной чистоты: 95-98 % или особо чистый. В зависимости от дальнейшего использования водород получают под различным давлением: от 1,0 до 4,2 МПа. Сырье (природный газ или легкие нефтяные фракции) подогревается до 350—400° в конвективной печи или теплообменнике и поступает в аппарат десульфирования. Конвертированный газ из печи охлаждается в печи-утилизаторе, где вырабатывается пар требуемых параметров. После ступеней высокотемпературной и низкотемпературной конверсии СО газ поступает на адсорбцию СО2 и затем на метанирование остаточных оксидов. В результате получается водород 95-98,5 % чистоты с содержанием в нем 1-5 % метана и следов СО и СО2..

В том случае, если требуется получать особо чистый водород, установка дополняется секцией адсорбционного разделения конвертированного газа. В отличие от предыдущей схемы конверсия СО здесь одноступенчатая. Газовая смесь, содержащая H2, CO2, CH4, H2O и небольшое количество СО, охлаждается для удаления воды и направляется в адсорбционные аппараты, заполненные цеолитами. Все примеси адсорбируются в одну ступень при температуре окружающей среды. В результате получают водород со степенью чистоты 99,99 %. Давление получаемого водорода составляет 1,5-2,0 МПа.

Также возможно каталитическое окисление кислородом:

2 C H 4 + O 2 ⇄ 2 C O + 4 H 2 <\displaystyle <\mathsf <2CH_<4>+O_<2>\rightleftarrows <>\ 2CO+4H_<2>>>>

Из угля

Пропускание паров воды над раскалённым углем при температуре около 1000 °C:

H 2 O + C ⇄ C O ↑ + H 2 ↑ <\displaystyle <\mathsf O+C\ \rightleftarrows <>\ CO\uparrow +H_<2>\uparrow >>>

Электролиз

Электролиз водных растворов солей:

2 N a C l + 2 H 2 O → 2 N a O H + C l 2 ↑ + H 2 ↑ <\displaystyle <\mathsf <2NaCl+2H_<2>O\ <\xrightarrow <>>\ 2NaOH+Cl_<2>\uparrow +H_<2>\uparrow >>>

Электролиз водных растворов гидроксидов активных металлов (преимущественно, гидроксида калия)[3]

Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твёрдой полимерной мембраной[3].

Из биомассы

Основная статья: Биоводород

Водород из биомассы получается термохимическим, или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500°-800° (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.

В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes

Из цепочки сахар-водород-водородный топливный элемент можно получить[4] в три раза больше энергии, чем из цепочки сахар-этанол-двигатель внутреннего сгорания.

Из мусора

Разрабатываются различные новые технологии производства водорода. Например, в октябре 2006 года Лондонское Водородное Партнёрство опубликовало исследование (недоступная ссылка) о возможности производства водорода из муниципального и коммерческого мусора. Согласно исследованию, в Лондоне можно ежедневно производить 141 тонну водорода как пиролизом, так и анаэробным сбраживанием мусора. Из муниципального мусора можно производить 68 тонн водорода.

141 тонны водорода достаточно для работы 13750 автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде. В Лондоне в настоящее время эксплуатируется более 8000 автобусов.

Химическая реакция воды с металлами

В 2007 году Университет Purdue (США) разработал метод производства водорода из воды при помощи алюминиевого сплава.

Сплав алюминия с галлием формируется в пеллеты. Пеллеты помещают в бак с водой. В результате химической реакции производится водород. Галлий препятствует образованию оксидной пленки на поверхности алюминия, тормозящую процесс окисления алюминия. В результате реакции создаётся водород и оксид алюминия.

С использованием водорослей

Учёные калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) 1999 году обнаружили[6], что если водорослям не хватает кислорода и серы, то процессы фотосинтеза у них резко ослабевают, и начинается бурная выработка водорода.

Водород может производить группа зелёных водорослей, например, Chlamydomonas reinhardtii

. Водоросли могут производить водород из морской воды, или канализационных стоков.

Тара для водородной воды

Мы выяснили, как сделать водородную воду в домашних условиях. Теперь стоит отметить, что, если ее не выпить в течение двадцати минут после получения, она потеряет свои свойства. Контейнеры для такой воды металлизированы. В основном в них используется алюминий. При этом в такой таре жидкость живой остается неделю. Существуют альтернативы различных фирм. Правда, все контейнеры молекулярный водород удерживают только несколько дней.

В нашей стране изготавливается вода под брендом Einhell и, конечно же, специальная для нее тара. Российские контейнеры созданы из стекла. Материал обогащен тоже частицами металла. Стоит отметить, что в плане хранения воды отечественные специалисты оказались единственными, кто смог перещеголять японцев. Такая система укупорки дает возможность воде живые свойства сохранять весь год.

Получение водорода в домашних условиях

На Земле водород в чистом виде почти не встречается, и в повседневной жизни мы с ним не сталкиваемся. Но в соединениях — это второй по количеству атомов элемент в земной коре после кислорода. Все живые существа на Земле, включая нас с вами, примерно на 2/3 состоят из водорода.

Ключевые слова: водород, получение водорода.

Так что же такое водород? Каковы его свойства? Как его получают и применяют в земных условиях? Можно ли получить водород в домашних условиях, и как это делать лучше всего? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе нашей научной работы.

Водород — это самый простой элемент в природе, состоящий из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Впервые получение водорода упоминается у английского учёного Роберта Бойля, который в 1671 году проводил реакцию между железными стружками и разбавленными кислотами. Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова. Официальное латинское название водорода «Hydrogenium».

Наиболее доступным для повторения в домашних условиях является разложение воды электрическим током (электролиз).

Для проведения нашего эксперимента мы взяли старую зарядку на 5 В 750мА и угольные электроды, извлечённые из обычных солевых батареек. Для измерения протекающего тока использовался мультиметр.

Для сбора и измерения получающихся газов, в бутылки налили воды, и закрепили их на основной ёмкости горлышком вниз, погрузив его при этом в электролит. Таким образом, чтобы воздух в бутылку попадать не смог. Всего в ёмкости и бутылках получилось около 1,5 литров воды. Как и ожидалось, с чистой водой, после подачи напряжения с зарядного устройства ничего не произошло. Мультиметр показывал почти нулевой ток. Но, когда в воду добавили две чайные ложки соды, электролиз пошёл бодрее, на обоих электродах начали появляться пузырьки газа, а мультиметр показал ток 15 мА. С таким маленьким током за сутки (24 часа) удалось собрать только 0,11 литра водорода (примерно полстакана). Во второй бутылке при этом собралось примерно в 2 раза меньше кислорода. Это означает, что в воде водорода в два раза больше, чем кислорода.

Наблюдение выделения водорода в результате взаимодействия металлов с разбавленными кислотами было самых первым в истории химии. И его относительно просто повторить в домашних условиях. Для этого нам понадобится металл, желательно поактивнее и кислота. В нашем эксперименте мы выбрали электролит для свинцовых аккумуляторов, который можно найти в ближайшем автомобильном магазине и цинк из использованных солевых батареек. Для сбора водорода, как и в случае электролиза, использовали перевёрнутую бутылку с опущенным в воду горлышком. Электролит дополнительно развели водой в пропорции 50 мл раствора серной кислоты на 150 мл. воды. Цинка из батарейки получилось примерно 1 г. За 12 часов весь металл растворился и мы получили 0.7 литра водорода.

Другой популярный метод — взаимодействие металлов с щелочами. Для эксперимента мы выбрали два варианта, которые были под рукой — кусочки провода и фольгу для запекания. Щёлочь (гидроксид натрия) можно найти в бытовых магазинах как средство для прочистки канализационных труб (КРОТ, например). Установку для получения использовали почти такую же, что и в опыте с кислотой и цинком. Раствор в обоих опытах был одинаковым: 20 мл щёлочи и 200 мл воды. В первом опыте использовали проволоку диаметром 1.5 мм, во втором — кусочки фольги. В обоих случаях масса алюминия была 1 г. В первом опыте удалось получить 1.2 л водорода, заняло это 34 часа. Во втором опыте фольга растворилась за 1 час 20 минут, выделив 1.4 л водорода. Из этих опытов можно сделать вывод, что скорость реакции сильно зависит от площади поверхности, на которой она происходит. В опыте с фольгой площадь поверхности была во много раз выше, чем в опыте с проволокой. Ещё большей скорости можно добиться, если взять алюминий в порошке. В этом случае соотношение площади поверхности к массе будет наибольшим.

Таким образом, в экспериментах по получению водорода наиболее быстрым и доступным способом оказался вариант взаимодействия алюминиевой фольги со щёлочью. Но если необходимо получать водород регулярно и в больших количествах, то на первое место должен выйти электролиз, так как он не требует никаких расходных материалов кроме воды. Правда для этого понадобится более серьёзная установка, чем зарядка от телефона и пара бутылок.

В ходе научной работы мы познакомились с самым распространённым, но таким редким в быту веществом, как водород. Научились получать его различными способами и выбрали наиболее удобный для осуществления в домашних условиях — воздействие средства для прочистки труб, содержащего щёлочь, на алюминиевую фольгу.

Так же мы на собственном опыте убедились, что водород — горючий и взрывоопасный газ, но им вполне можно наполнять воздушные шарики, чтобы они летали. Правда при этом стоит держать их подальше от открытого огня.

Вред и польза водородной воды

Как получить водородную воду в домашних условиях мы уже выяснили в статье выше. Теперь отметим, что живая вода показана космонавтам благодаря способности эффективно блокировать любое действие радиации. При этом в исследованиях JAXA речь идет об их ежедневном облучении 1000 микрозеверт. Это издержки открытого космоса. Такое излучение выработку оксидантов ускоряет, как и их разрушающее действие. Организм ослабляется, начинаются сбои, которые ведут к возникновению аллергических реакций. Водородная связь молекул против них также выступает.

Это, между прочим, одна из основных причин пользы воды для детей, которые подвержены атопическому дерматиту. Применение водородной воды вместо простой ведет к сокращению проявлений аллергии, а также помогает организму человека адаптироваться к переработке веществ и продуктов, вызывающих ее.

Аппарат для изготовления водородной воды

Уже говорилось о принципе работы сатурата. Сосредоточимся теперь на электролизных аппаратах, изготовление которых самое массовое. Получение в этом случае водородной воды в домашних условиях для питья начинается с прохода простой через несколько фильтров. Жидкость после них накапливается в специальном двухотсековом резервуаре. Воду в одном отсеке охлаждают, во втором же она подвергается электролизу, при этом она насыщается водородом в двух состояниях.

Стоит отметить, что добавляют растворенные и газообразные молекулы. Последние закачиваются в воду под давлением. Следовательно, обогащение водородом ведется только в аппаратах смешанного вида, способных также к сатурации. Изготовители заявляют, что воду обогащают газообразным водородом практически за минуты до ее дальнейшего разлива по емкостям. Таким образом достигается ОВП — показатель в окислительно-восстановительных реакциях активности вещества.

Одни участники в них отдают электроны, вторые – принимают их. Идеальный для антиоксидантных процессов показатель равен 500. Выясним, ощущают ли его покупатели и сколько платят за это благо.

Применение в косметологии

Приобретая готовую водородную воду, как правило, платят за упаковки бутылок. Товар в рознице встречается нечасто. В Россию из Японии вода «просочилась» только в позапрошлом году. В середине прошлого года за 12 бутылок просили около примерно 350 рублей. В основном изготавливают косметику с этой водой. Соответственно, газ улетучивается сразу после ее разгерметизации.

В основном, делают маски. В упаковку в этом случае закладывают смесь, необходимую для одного применения. Средство держится на лице 15 минут. Водород за это время полностью из воды вырваться не успевает, впитываясь частично в кожу. Подобные маски стоят в районе тысячи рублей.

Источник