Отримання водню

Водень широко використовують у різних галузях промисловості: у синтезі хлорводорода, аміаку (аміак далі використовується для виробництва азотних добрив), анилинокрасочном виробництві, при відновленні з руд кольорових металів. У харчовій промисловості його застосовують для одержання 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 відновлюваним, не виділяє "парникового газу" CO₂ при спалюванні, дає велику кількість енергії на одиницю ваги в процесі горіння і легко перетворюється в електроенергію паливних елементів.

В лабораторних умовах найчастіше водень отримують відновленням металами, які стоять лівіше в електрохімічному ряду напруг, з води і кислот:
Zn + 1HCl = ZnCl₂ + H₂↑: ΔH <0
2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑: ΔH <0.

В промисловості одержання 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: CH₄ + H₂O = CO↑ + 3H₂↑; ΔH>0. Поряд з цим використовують процес неповного окислення вуглеводнів киснем у присутності водяної пари: 3CH₄ + O₂ + H₂O = 3CO + 7 H₄. Ці методи з часом втратять своє значення, оскільки запаси вуглеводневої сировини виснажуються.

2. Біоводень може бути отриманий з морських водоростей в біореакторі. В кінці 1990-х років було виявлено, що якщо водоростей позбавити сірки, вони будуть перемикатися з виробництва кисню, тобто 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.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

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 сверхглубокому охолодження після того, як оброблять спеціальним розчином, що дає можливість відокремити від домішок водень.

4. Отримання водню з води із застосуванням електролізу – спосіб, дає самий чистий водень: 2H₂O →електроліз→2H₂ + O. 

5. Конверсія вуглецю. Спочатку виходить водяний газ, при пропусканні парів води через розпечений до 1000°З кокс: C + H₂O = CO↑ + H₂↑; ΔH>0, який потім в суміші з водяною парою пропускають над нагрітим до 400 - 500°З каталізатором Fe₂O₃. Відбувається взаємодія оксиду вуглецю (II) і водяної пари: CO + H₂O + (H₂) = CO₂ + 2H₂↑; ΔH>0.

6. Одержання водню конверсією чадного газу (CO), засноване на унікальній реакції з допомогою фотосинтетичних пурпурових бактерій (одноклітинних мікроорганізмів своєрідною червоною або рожевою забарвлення, яка пов'язана з наявністю пігментів фотосинтезу). Ці бактерії виділяють водень в результаті реакції конверсії: CO + H₂O →CO₂ + H₂.

Утворення водню йде з води, реакція не потребує 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.

Проте багато хто не знають, що можливо 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, повітряний кулю.

Готуємо розчин мідного купоросу: на 100 г води додаємо 10 г мідного купоросу.

Готуємо соляний розчин: на 100 г води додаємо 20 р солі.

Розчини змішуємо. Додаємо в отриману суміш алюміній. Після того, як у пляшці з'явилася біла суспензія, прикріплюємо до трубці кулю і наповнюємо його воднем, що виділяється.

Зверніть увагу! Цей досвід потрібно проводити 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  зрывоопасную суміш, яку називають гримучим газом (дві частини водню і одна частина кисню). Якщо таку суміш підпалити, то вона вибухне.