Отримання водню
Водень широко використовують в самих різних галузях промисловості: у синтезі хлорводорода, аміаку (аміак далі використовується для виробництва азотних добрив), в анилинокрасочной виробництві, при відновленні з руд кольорових металів. У харчовій промисловості його застосовують для отримання замінників тваринних жирів (маргаринів). У зв'язку з вищепереліченим актуальним питанням є отримання водню в промислових умовах.
Цей газ розглядається як майбутній носій енергії в силу того, що він є поновлюваним, не виділяє "парникового газу" CO? при спалюванні, дає велику кількість енергії на одиницю ваги в процесі горіння і легко перетворюється в електроенергію паливних елементів.
У лабораторних умовах найчастіше водень отримують відновленням металами, які стоять лівіше в електрохімічному ряді напруг, з води і кислот:
Zn + 1HCl = ZnCl? + H? ^: Delta-H <0
2Na + 2HOH = 2NaOH + H? ^: Delta-H <0.
У промисловості отримання водню відбувається, в основному, шляхом переробки природних і попутних газів.
1. Конверсія метану. Процес полягає у взаємодії метану з парами води при 800 - 900 ° С: CH? + H? O = CO ^ + 3H? ^ - Delta-H> 0. Поряд з цим використовують процес неповного окислення вуглеводнів киснем у присутності водяної пари: 3CH? + O? + H? O = 3CO + 7 H ?. Ці методи з часом втратять своє значення, оскільки запаси вуглеводневої сировини виснажуються.
2. біоводню може бути отриманий з морських водоростей в біореакторі. В кінці 1990-х років було виявлено, що якщо водоростей позбавити сірки, вони будуть переключатися з виробництва кисню, т. Е. Нормального фотосинтезу, на виробництво водню. Біоводень може також проводитися в біореакторах, що використовують, крім водоростей, побутові відходи. Процес відбувається завдяки бактеріям, які поглинають вуглеводень, а виробляють водень і CO2.
3. Глибоке охолодження коксового газу. При процесі коксування кам'яного вугілля отримують три фракції: тверду - кокс, рідку - кам'яновугільну смолу - і газоподібну, що містить, крім вуглеводнів, молекулярний водень (близько 60%). Цю фракцію піддають надглибокому охолодженню після того, як оброблять спеціальною речовиною, що дає можливість відокремити від домішок водень.
4. Отримання водню з води із застосуванням електролізу - спосіб, що дає найбільший чистий водень: 2H? O -електроліз-2H? + O.
5. Конверсія вуглецю. Спочатку виходить водяний газ, при пропущенні парів води через розпечений до 1000 ° С кокс: C + H? O = CO ^ + H? ^ - Delta-H> 0, який потім в суміші з водяною парою пропускають над нагрітим до 400 - 500 ° С каталізатором Fe? O ?. Відбувається взаємодія оксиду вуглецю (II) і водяної пари: CO + H? O + (H?) = CO? + 2H? ^ - Delta-H> 0.
6. Отримання водню конверсією чадного газу (CO), засноване на унікальній реакції за допомогою фотосинтетичних пурпурних бактерій (одноклітинних мікроорганізмів своєрідною червоною або рожевою забарвлення, яка пов'язана з наявністю пігментів фотосинтезу). Ці бактерії виділяють водень в результаті реакції конверсії: CO + H? O -CO? + H ?.
Освіта водню йде з води, реакція не вимагає високих температур і освітлення. Процес відбувається при кімнатній температурі в темряві.
Важливе промислове значення в наші дні набуває виділення водню з газів, що утворюються при переробці нафти.
Однак багато хто не знає, що можливе отримання водню в домашніх умовах. Для цих цілей можна скористатися реакцією розчину лугу і алюмінію. Візьмемо півлітрову скляну пляшку, пробку з отвором, газовідвідну трубку, 10 г мідного купоросу, 20 г солі, 10 г алюмінію, 200 г води, повітряна куля.
Готуємо розчин мідного купоросу: на 100 г води додаємо 10 г мідного купоросу.
Готуємо соляний розчин: на 100 г води додаємо 20 г солі.
Розчини змішуємо. Додаємо в отриману суміш алюміній. Після того, як у пляшці з'явилася біла суспензія, прикріплюємо до трубки куля і наповнюємо його виділяється воднем.
Зверніть увагу! Даний досвід проводити потрібно тільки на свіжому повітрі. Обов'язковий контроль температури, так як реакція відбувається з виділенням тепла і може вийти з-під контролю.
Також слід пам'ятати, що водень, якщо його змішати з повітрям, утворює зривоопасную суміш, яку називають гримучим газом (дві частини водню і одна частина кисню). Якщо таку суміш підпалити, то вона вибухне.