Kā pagatavot ūdeni no ūdeņraža un skābekļa

Toshiro Shimada / Getty Images

Ūdens ir vispārpieņemtais nosaukums diūdeņraža monoksīds vai H_diviO. Molekula veidojas no daudzām ķīmiskām reakcijām, tostarp sintēzes reakcijas no tās elementiem, ūdeņraža un skābekļa. Reakcijas līdzsvarotais ķīmiskais vienādojums ir:

2 H_divi+ O_divi→ 2 H_diviO

Kā pagatavot ūdeni

Teorētiski no tā ir viegli pagatavot ūdeni ūdeņraža gāze un skābekļa gāze. Sajauciet abas gāzes kopā, pievienojiet dzirksteli vai pietiekamu siltumu, lai nodrošinātu aktivācijas enerģiju reakcijas sākšanai, un presto-šķīstošo ūdeni. Tomēr tikai divu gāzu sajaukšana istabas temperatūrā neko nedos, piemēram, ūdeņraža un skābekļa molekulas gaisā spontāni neveido ūdeni.

Jāpiegādā enerģija, lai pārrautu kovalentās saites, kas satur H_diviun O_divimolekulas kopā. Ūdeņraža katjoni un skābekļa anjoni pēc tam var brīvi reaģēt viens ar otru, ko tie dara to elektronegativitātes atšķirību dēļ. Kad ķīmiskās saites atkal veidojas, veidojot ūdeni, tiek atbrīvota papildu enerģija, kas izplata reakciju. Neto reakcija ir ļoti eksotermisks , kas nozīmē reakciju, ko pavada siltuma izdalīšanās.

Divas demonstrācijas

Viens no izplatītākajiem ķīmijas demonstrējumiem ir piepildīt nelielu balonu ar ūdeņradi un skābekli un pieskarties balonam — no attāluma un aiz drošības vairoga — ar degošu šinu. Drošāka variācija ir piepildīt balonu ar ūdeņraža gāzi un aizdedzināt balonu gaisā. Ierobežotais skābekļa daudzums gaisā reaģē, veidojot ūdeni, bet vairāk kontrolētā reakcijā.

Vēl viena vienkārša demonstrācija ir ūdeņraža burbuļošana ziepjūdenī, veidojot ūdeņraža gāzes burbuļus. Burbuļi peld, jo tie ir vieglāki par gaisu. To aizdedzināšanai var izmantot šķiltavas ar garu kātu vai degošu šinu skaitītāja nūjas galā, veidojot ūdeni. Jūs varat izmantot ūdeņradi no saspiestās gāzes tvertnes vai no jebkura no vairākām ķīmiskajām reakcijām (piemēram, reaģējot skābei ar metālu).

Lai arī kā jūs reaģētu, vislabāk ir valkāt ausu aizsargus un ievērot drošu attālumu no reakcijas. Sāciet ar mazumiņu, lai zinātu, ko sagaidīt.

Izpratne par reakciju

franču ķīmiķis Antuāns Lorāns Lavuazjē nosaukts par ūdeņradi, kas grieķu valodā nozīmē 'ūdens veidotājs', pamatojoties uz tā reakciju ar skābekli, citam Lavuazjē elementam, kas nozīmē 'skābes veidotājs'. Lavuazjē aizrāva degšanas reakcijas. Viņš izstrādāja aparātu ūdens veidošanai no ūdeņraža un skābekļa, lai novērotu reakciju. Būtībā viņa iestatījumos tika izmantotas divas zvana burkas — viena ūdeņradim un viena skābeklim —, kas tika ievadītas atsevišķā traukā. Dzirksteļojošs mehānisms ierosināja reakciju, veidojot ūdeni.

Jūs varat konstruēt ierīci tādā pašā veidā, ja vien rūpīgi kontrolējat skābekļa un ūdeņraža plūsmas ātrumu, lai vienlaikus nemēģinātu veidot pārāk daudz ūdens. Jums vajadzētu izmantot arī karstumizturīgu un triecienizturīgu trauku.

Skābekļa loma

Kamēr citi tā laika zinātnieki bija pazīstami ar ūdens veidošanās procesu no ūdeņraža un skābekļa, Lavuazjē atklāja skābekļa lomu sadegšanā. Viņa pētījumi galu galā atspēkoja flogistona teoriju, kas ierosināja, ka ugunsm līdzīgs elements sauc flogistons degšanas laikā tika atbrīvots no vielas.

Lavuazjē parādīja, ka gāzei ir jābūt masai, lai notiktu sadegšana, un ka masa pēc reakcijas tika saglabāta. Ūdeņraža un skābekļa reakcija, lai iegūtu ūdeni, bija lieliska oksidācijas reakcija pētīšanai, jo gandrīz visa ūdens masa nāk no skābekļa.

Kāpēc mēs nevaram vienkārši pagatavot ūdeni?

A Apvienoto Nāciju Organizācijas 2006. gada ziņojums aprēķināts, ka 20 procentiem cilvēku uz planētas nav pieejams tīrs dzeramais ūdens. Ja ir tik grūti attīrīt ūdeni vai atsāļot jūras ūdeni, jums varētu rasties jautājums, kāpēc mēs negatavojam ūdeni tikai no tā elementiem. Iemesls? Vārdu sakot - BOOM!

Reaģējot uz ūdeņradi un skābekli, būtībā tiek sadedzināta ūdeņraža gāze, izņemot to, ka izmantojat ierobežoto skābekļa daudzumu gaisā, bet gan barojat uguni. Degšanas laikā molekulai tiek pievienots skābeklis, kas šajā reakcijā rada ūdeni. Degšana arī atbrīvo daudz enerģijas. Siltums un gaisma tiek ražoti tik ātri, ka triecienvilnis izplešas uz āru.

Būtībā jums ir sprādziens. Jo vairāk ūdens vienlaikus pagatavo, jo lielāks ir sprādziens. Tas darbojas raķešu palaišanai, taču esat redzējis videoklipus, kuros tas nogāja briesmīgi nepareizi. Hindenburgas sprādziens ir vēl viens piemērs tam, kas notiek, kad saplūst daudz ūdeņraža un skābekļa.

Tātad, mēs varam izgatavot ūdeni no ūdeņraža un skābekļa, un ķīmiķi un pedagogi to bieži dara — nelielos daudzumos. Nav praktiski izmantot šo metodi plašā mērogā risku dēļ un tāpēc, ka ūdeņraža un skābekļa attīrīšana reakcijas padevei ir daudz dārgāka nekā ūdens iegūšana ar citām metodēm, piesārņota ūdens attīrīšana vai ūdens tvaiku kondensēšana. no gaisa.