Ūdens ir parastais nosaukums dihidrogēnmonoksīds vai H2O. Molekulu ražo daudzās ķīmiskās reakcijās, ieskaitot sintēzes reakciju no tās elementiem, ūdeņraža un skābekļa. Reakcijas līdzsvarotais ķīmiskais vienādojums ir:
2 H2 + O2 → 2 H2O
Kā pagatavot ūdeni
Teorētiski no tā ir viegli izgatavot ūdeni ūdeņraža gāze un skābekļa gāze. Sajauc abas gāzes, pievieno dzirksteli vai pietiekamu siltumu, lai nodrošinātu aktivizācijas enerģiju reakcijas sākšanai, un tūlītēju ūdeni. Atsevišķi sajaucot abas gāzes istabas temperatūrā, tas neko nedarīs, piemēram, ūdeņraža un skābekļa molekulas gaisā spontāni neveido ūdeni.
Jāsagādā enerģija, lai izjauktu kovalento saiti, kas satur H2 un O2 molekulas kopā. Ūdeņraža katjoni un skābekļa anjoni pēc tam var brīvi reaģēt savā starpā, kā tas notiek to elektronegativitātes atšķirību dēļ. Kad ķīmiskās saites veidojas, veidojot ūdeni, tiek atbrīvota papildu enerģija, kas veicina reakciju. Neto reakcija ir ļoti eksotermiska, kas nozīmē reakciju, ko pavada siltuma izdalīšanās.
Divas demonstrācijas
Viena izplatīta ķīmijas demonstrācija ir piepildīt nelielu balonu ar ūdeņradi un skābekli un pieskarties balonam - no attāluma un aiz drošības vairoga - ar degošu skaidu. Drošāka variācija ir piepildīt balonu ar ūdeņraža gāzi un aizdedzināt balonu gaisā. Ierobežotais skābekļa daudzums gaisā reaģē, veidojot ūdeni, bet kontrolētākā reakcijā.
Vēl viena vienkārša demonstrācija ir burbuļot ūdeņradi ziepjūdenī, veidojot ūdeņraža gāzes burbuļus. Burbuļi peld, jo tie ir vieglāki par gaisu. Lai tos aizdedzinātu, veidojot ūdeni, var izmantot ilgi apstrādātu šķiltavu vai degošu skaidu metru nūjas galā. Jūs varat izmantot ūdeņradi no saspiestas gāzes tvertnes vai no jebkura no vairākām ķīmiskajām reakcijām (piemēram, skābes reaģēšana ar metālu).
Lai arī jūs reaģējat, vislabāk ir lietot ausu aizsargus un ievērot drošu attālumu no reakcijas. Sāciet no maza, lai jūs zināt, ko gaidīt.
Izpratne par reakciju
Franču ķīmiķis Antoine Laurent Lavoisier vēl viens no Lavoisier nosauktajiem elementiem, kas grieķu valodā nozīmē "ūdens veidošana", kas balstās uz tā reakciju ar skābekli, nozīmē "skābes ražotājs". Lavoisier aizrauj degšanas reakcijas. Viņš izstrādāja aparātu ūdens veidošanai no ūdeņraža un skābekļa, lai novērotu reakciju. Būtībā viņa iestatījumā tika izmantotas divas zvanveida burciņas - viena ūdeņradim un otra skābeklim, kuras tika ievietotas atsevišķā traukā. Aizdedzes mehānisms ierosināja reakciju, veidojot ūdeni.
Jūs varat konstruēt aparātu tāpat, kamēr esat piesardzīgs, lai kontrolētu skābekļa un ūdeņraža plūsmas ātrumu, lai jūs nemēģinātu veidot pārāk daudz ūdens uzreiz. 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, Lavoisjē atklāja skābekļa lomu sadegšanā. Viņa pētījumi galu galā atspēkoja phlogiston teoriju, kurā tika ierosināts, ka sauc par ugunij līdzīgu elementu phlogiston sadegšanas laikā tika atbrīvots no matērijas.
Lavoisier parādīja, ka gāzei jābūt masai, lai notiktu sadegšana, un masa pēc reakcijas tika saglabāta. Ūdeņraža un skābekļa reakcija, lai iegūtu ūdeni, bija lieliska oksidācijas reakcija, jo gandrīz visa ūdens masa nāk no skābekļa.
Kāpēc mēs nevaram vienkārši pagatavot ūdeni?
A Apvienoto Nāciju Organizācijas 2006. gada ziņojums lēsts, ka 20 procentiem cilvēku uz planētas nav pieejama tīra dzeramā ūdens. Ja ir tik grūti attīrīt ūdeni vai atsāļot jūras ūdeni, jums varētu rasties jautājums, kāpēc mēs neveidojam ūdeni tikai no tā elementiem. Iemesls? Vārdu sakot - uzplaukums!
Reaģējot uz ūdeņradi un skābekli, galvenokārt tiek sadedzināta ūdeņraža gāze, izņemot to, ka jūs barojat uguni ar ierobežotu skābekļa daudzumu gaisā. Degšanas laikā molekulai pievieno skābekli, kas šajā reakcijā rada ūdeni. Arī sadegšana izdala daudz enerģijas. Karstums un gaisma tiek ražoti tik ātri, ka triecienvilnis izplešas uz āru.
Būtībā jums ir sprādziens. Jo vairāk ūdens jūs pagatavojat uzreiz, jo lielāks ir sprādziens. Tas darbojas, lai palaistu raķetes, bet jūs esat redzējis videoklipus, kur tas notika šausmīgi nepareizi. Hindenburgas sprādziens ir vēl viens piemērs tam, kas notiek, kad saiet kopā daudz ūdeņraža un skābekļa.
Mēs varam izgatavot ūdeni no ūdeņraža un skābekļa, un ķīmiķi un pedagogi to bieži dara mazos daudzumos. Nav praktiski izmantot metodi plašā mērogā risku dēļ un tāpēc, ka ūdeņraža un ūdeņraža attīrīšana ir daudz dārgāka skābeklis, lai pabarotu reakciju, nevis ūdens pagatavošanai, izmantojot citas metodes, piesārņota ūdens attīrīšanai vai ūdens tvaiku kondensēšanai no gaiss.