Водород-Рождающий жизнь. Сохранение жизни на земле.

Слайд 1

Исследовательская работа Водород-Рождающий жизнь. Сохранение жизни на земле. Учащийся Рахимкулова Аделина ПДО Туманова О.М. МБУ ДО ДД(Ю)Т г. Салават

Слайд 2

Содержание: Вводная часть История открытия водорода Физические свойства Химические свойства Соединения водорода Интересные факты Водородный двигатель Особенности водорода ,как топлива Задача создания двигателя Схема двигателя Вопрос сохранения природы и экологии на земле с помощью водорода Итог Список источников

Слайд 3

Вводная часть. Самый распространенный элемент на земле. Водоро́д — первый элемент периодической системы элементов; обозначается символом H. Название представляет собой кальку с латинского: лат. Hydrogenium (от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γεννάω — «рождаю») — «порождающий воду». Широко распространён в природе . Земная кора и живые организмы Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~ 52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму для сухого воздуха[7][8]). Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 63 %

Слайд 4

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ВОДОРОДА. История открытия водорода начинается с XVI века, когда было замечено, что при действии кислот на железо и другие металлы выделяется газ. Первоначально его назвали «горючим воздухом». Спустя примерно 100 лет этот газ научились собирать. Во второй половине XVIII века английский ученый Г. Кавендиш изучил свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ при сгорании на воздухе образует воду. Г. Кавендиша считают первооткрывателем водорода (1766 г.). Вывод о том, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, был сделан в 1784 г. Французским химиком А. Лавуазье . Он и дал этому веществу латинское название, 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 . Генри Кавендиш (1731 – 1810). Английский химик и физик. Исследовал свойства многих газов, получил чистый водород и описал его свойства, установил качественный состав воды. Его именем названа всемирно известная научная лаборатория в Кембриджском университете (Англия).

Слайд 5

Водород является очень легким химическим веществом . По крайней мере, ученые утверждают, что на данный момент, нет легче вещества, чем водород. Его масса в 14,4 раза легче за воздух, плотность составляет 0,0899 г/л при 0°С . При температурах в - 259,1°С водород способен плавится – это очень критическая температура, которая не характерна для преобразования большинства химических соединений из одного состояния в другое. Только такой элемент, как гелий, превышает физические свойства водорода в этом плане. Сжижение водорода затруднительно, так как его критическая температура равна (-240°С ). Водород – наиболее теплопродный газ из всех, известных человечеству. Все , описанные выше свойства, являются наиболее значимыми физическими свойствами водорода, которые используются человеком для конкретных целей. Также данные свойства являются наиболее актуальными для современной науки. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА .

Слайд 6

Химические свойства водорода. Водород – неметалл, имеет молекулярное строение. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью. Энергия связи в молекуле водорода составляет 436 кДж/моль, что объясняет низкую химическую активность молекулярного водорода. Термическая диссоциация водорода происходит при температуре выше 2000 °С. В своих соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерны две степени окисления: +1 и -1. Взаимодействие с галогенами. При обычной температуре водород реагирует лишь со фтором:H 2 + F 2 = 2HF. С хлором реагирует только на свету, образуя хлороводород , с бромом реакция протекает менее энергично, с йодом не идет до конца даже при высоких температурах. Взаимодействие с кислородом. При нормальных условиях водород не реагирует с кислородом, при 400 °С реагирует с кислородом, а при 600 °С – с воздухом, при поджигании реакция протекает со взрывом:2H 2 + O 2 = 2H 2 O. Водород горит в кислороде с выделением большого количества тепла . Температура водородно-кислородного пламени 2800 °С. Горение водорода

Слайд 7

Химические свойства водорода . 5.Взаимодействие с оксидом азота (II). Важное значение имеет взаимодействие водорода с оксидом азота (II), используемое в очистительных системах при производстве азотной кислоты:2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O. 6.Взаимодействие с оксидами металлов. Водород – хороший восстановитель, он восстанавливает многие металлы из их оксидов:CuO + H 2 = Cu + H 2 O. 7.Сильным восстановителем является атомарный водород. Он образуется из молекулярного в электрическом разряде в условиях низкого давления. Высокой восстановительной активностью обладает водород в момент выделения , образующийся при восстановлении металла кислотой. 8.Взаимодействие с активными металлами . Водород является окислителем, присоединяет электрон и превращается в гидрид-ион, который заряжен отрицательно.При высокой температуре водород соединяется с щелочными и щелочно-земельными металлам и образуя белые кристаллические вещества – гидриды металлов: 2N А + H 2 = 2N А H ; C А + H 2 = C А H 2 . Перекись водорода + йодистый калий

Слайд 8

Соединения водорода. Это сложные, содержащие атомы водорода вещества. Можно выделить несколько основных типов подобных веществ. Галогеноводороды . Общая формула - HHal . Особое значение среди них имеет хлорид водорода. Это газ, который растворяется в воде с образованием раствора соляной кислоты. Данная кислота находит широкое применение практически во всех химических синтезах. Причем как органических, так и неорганических. Хлорид водорода - это соединение, имеющее эмпирическую формулу HCL и являющееся одним из крупнейших по объемам производства в нашей стране ежегодно. Летучие водородные соединения неметаллов . Практически все они достаточно ядовитые газы. Например, сероводород, метан, силан , фосфин и прочие. При этом очень горючие . Гидриды - соединения с металлами. Относятся к классу солей. Гидроксиды : основания, кислоты и амфотерные соединения. В их состав обязательно входят атомы водорода, один или несколько. Пример: N А OH , K2[AL(OH)4], H2SO4 и прочие. Гидроксид водорода. Это соединение больше известно как вода. Другое название оксид водорода. Эмпирическая формула выглядит так - Н2О. Пероксид водорода. Это сильнейший окислитель, формула которого имеет вид Н2О2 . Многочисленные органические соединения : углеводороды, белки, жиры, липиды, витамины, гормоны, эфирные масла и прочие. Очевидно , что разнообразие соединений рассматриваемого нами элемента очень велико. Это еще раз подтверждает его высокое значение для природы и человека, а также для всех живых существ

Слайд 9

Интересные факты о водороде. . В 1766 году элемент был признан в науке благодаря Генри Кавендишу. Он провел испытание, где соединил газ с кислой средой других металлов . Знаете ли вы, что этот элемент в жидкой "консистенции" занимает гораздо меньше места, чем в своей привычной, летучей. К слову сказать, так его и хранят в промышленности. 3.Представьте себе, что если соединить 100 млн атомов "порождающего воду" в одну цепочку, то длина последней составит всего 1 см ! 4.Два состояния водорода диаметрально разные по своей плотности. Так, элемент в виде газа - самый неплотный из всех, а вот жидкий водород, наоборот, самый плотный . 5. А вот еще интересные факты о водороде. Знаете ли вы, что 1 литр водорода в виде газа равен всего 0,08988 грамм? 6.Есть в народе и интересный "слух" о водороде. Говорят, Менделеев все время пытался доказать своей жене, что именно этот элемент должен занимать почетное место первенства в таблице, а не она и ребенок . 7.Знаете ли вы, что Солнце более чем на половину состоит из водорода ? 8.В первой половине века в разных странах было построено большое количество летательных аппаратов легче воздуха – дирижаблей . Дирижабли – это управляемые аэростаты с сигарообразной оболочкой, наполненной водородом. Большой объем водорода в оболочке обеспечивал высокую грузоподъемность этих воздушных кораблей. На снимке вы видите один из первых дирижаблей небольшого размера, но крупнейшие пассажирские дирижабли 30-х годов XX века могли перевозить до 100 человек на очень большие расстояния. На этих летательных аппаратах были комфортабельные каюты, рестораны, душевые, прогулочные палубы и т.д. Такие дирижабли совершали регулярные рейсы из Европы в Америку.

Слайд 10

Водородный двигатель. Всем известно, что запасы нефти на нашей планете ограничены . И вполне возможно, в недалеком будущем нас ждет дефицит нефти. Уже сегодня цена на бензин достаточно высока. Данный факт стимулирует развитие альтернативных источников топлива, и желательно возобновляемых. На эту роль отлично подходит водородный двигатель, топливом для которого служит водород . Еще в пятидесятые годы прошлого века появилась идея использовать водород , как эффективное, экологичное и недорогое топливо. Стоимость водорода колеблется в диапазоне 2-5$ за кг. На сегодня разработки водородного двигателя достаточно перспективны, потому что позволяют не беспокоится о запасах нефти и других исчерпаемых ресурсов, применяемых в виде топлива. Еще существенный плюс водородного двигателя, это то, что он не наносит вреда окружающей среде , так как побочными продуктами его работы являются вода и тепло .

Слайд 11

особенности водорода , как топлива. Водородные двигатели не просто помогают сократить потребление бензина, но и являются полностью безопасными для окружающей среды . после сгорания остается только водяной пар ; реакция происходит намного быстрей , чем в случаи с бензином либо дизелем ; детонационная устойчивость позволяет повысить степень сжатия ; благодаря своей летучести, водород способен проникать в самые малые полости, зазоры между деталями (лишь особые сплавы повышенной прочности способны переносить разрушительное воздействия водорода на структуру металла); теплоотдача сгорания водорода в 2,5 раза больше, чем у бензиновой смеси ; широкий диапазон реакции. Минимальная пропорция водорода, достаточная для реакции с кислородом, составляет всего 4%. Такая особенность позволяет настраивать режимы работы двигателя, дозируя консистенцию смеси; хранение водорода осуществляется в сжатом или жидком агрегатном состоянии. При пробое бака, газ под давлением испаряется.

Слайд 12

-На сегодняшний день практически все мировые автопроизводители ведут активные разработки машин, работающих на экологически чистом виде топлива. Специалисты говорят, что уже через 15-20 лет мир полностью перейдет на такой вид транспорта. Пока лидерство в этом деле сохраняет компания «Тойота». После выпуска знаменитого «Примуса» японцы решили пойти дальше и разработать еще один экологически чистый автомобиль - Toyota Mirai с водородным двигателем. Плюсы водородного автомобиля Для начала о преимуществах. Начнем с того, что двигатель на водородном топливе не выделяет никаких загрязняющих веществ, в отличие от дизеля и бензина. Стоит отметить и низкую себестоимость эксплуатации данного вида транспорта. Само топливо (водород) можно получать как в малых, так и крупных масштабах. Это позволит значительно стабилизировать ситуацию с постоянно меняющимися ценами на горючее и более рационально распределять энергетические ресурсы в мире. Какие имеет минусы двигатель на водородном топливе? Теперь поговорим о недостатках. Основной минус данного вида транспорта заключается в том, что водородный двигатель («Тойота FCV» в том числе) более взрывоопасен , чем классические дизельные и бензиновые аналоги. Это объясняется особым химическим составом водорода. Кстати, кроме взрывоопасности он отличается высокой летучестью. Эта характеристика значительно усложняет транспортировку и заправку автомобилей водородом. Также эксперты говорят, что обслуживание подобной установки будет более затратным, чем например ремонт дизельного ДВС (в силу малого количества работников, знающих толк в данной сфере). Ну и, конечно же, отсутствие водородных заправочных станций. В мире таких лишь единицы, потому использовать сейчас такие автомобили весьма трудно (тем более что заправить такую машину можно только при помощи специального оборудования ). Задача создания двигателя.

Слайд 13

Проблемы и задачи развития водородных двигателей. Для массового перехода на водород в качестве топлива существует целый ряд технологических и экологических препятствий. Производство водородного топлива на сегодняшний день обходится в 4 раза дороже, чем производство бензина. Да и сам процесс получения водорода из воды пока еще обходится слишком дорого. Поэтому основной его объем в настоящее время производится из метана. С большими затратами связана его транспортировка и хранение. В случае массового внедрения таких силовых установок, резко увеличится количество водорода в атмосфере, что может привести к разрушению озонового слоя Земли, так как водородные двигатели выделяют значительно больше оксидов азота, чем бензиновые. Уровень коммерческой окупаемости таких силовых установок просматривается лишь в отдаленной перспективе. Однако точно такие же проблемы в свое время возникали в период развития бензиновых, электрических и газовых двигателей. Остается надеяться, что через 15-20 лет ситуация измениться, и появление водородного автомобиля на дорогах станет обычным делом.

Слайд 14

Схема двигателя. Двигатель на основе топливных элементов . Водородные двигатели этого типа имеют очень большую стоимость по причине содержания в их конструкции таких дорогих и редких металлов, как палладий и платина. Принцип работы этой технологии, что в процессе физико-химических реакций в топливном элементе происходит расщепление водорода и вырабатывается электроэнергия . 2. Двигатель внутреннего сгорания на водороде . Двигатели этого типа сильно похожи на широко применяемые в данный момент двигатели на пропане. Так как у них очень похожие принципы работы, то для перехода с пропана на водород достаточно просто перенастроить двигатель. И уже существует достаточно большое количество научных образцов подобных двигателей на водороде. Но КПД этого метода ниже, чем у топливных элементов .

Слайд 15

Вопрос о сохранении природы и экологии на земле с помощью водорода. Водород - самое экологически чистое топливо. Продуктом горения водорода является вода, что видно из простого уравнения этой химической реакции 2H2 +O2=2H2O . Электролиз (получение водорода из воды путем пропускания через неё мощной электрической искры) на сегодняшний день является единственно возможным способом получения водорода . Остальные либо пока технически невозможны, либо ещё дороже, чем и без того дорогой электролиз. Для получения очень малого количества водорода путем электролиза требуется огромное количество электрической энергии, что делает водород слишком дорогим .

Слайд 16

Автомобиль с водородным двигателем Honda FCX Clarity , представленный на Лос-Анджелесском автосалоне, появится на американском рынке летом 2008 года. Правда, сообщили в Honda America , пока речь идет лишь об ограниченной партии, которая будет отдана в лизинг сроком на три года. Обслуживание и ремонт FCX Clarity будет осуществлять дилерская сеть Honda . Экологически чистый седан был значительно доработан по сравнению с нынешним поколением FCX. Новый аккумуляторный отсек занимает на 50% меньше места, чем раньше, и стал на 40% легче. Теперь размеры силовой установки вполне сравнимы с обычным гибридом. Запас хода на одной заправке водородом у FCX Clarity составляет более 430 километров

Слайд 17

Итог. Без водорода нет жизни на земле . Он несомненно является основоположНИКОМ жизни. С помощью водорода можно предотвратить загрязнение воздуха , уменьшить потребление нефти. Водород – неисчерпаемый природный ресурс, КОТОРЫЙ ПОЗВОЛИТ СОХРАНИТЬ ЭКОЛОГИЮ . ТАК , ЕСЛИ ЗАМЕНИТЬ ВСЕ ДВИГАТЕЛИ НА ВОДОРОДНЫЕ , ЗЕМЛЯ БУДЕТ ОБРЕЧЕНА НА ВЕЧНУЮ ЖИЗНЬ И ПРОЦВЕТАНИЕ.

Слайд 18

Источники: http://eat-info.ru/references/microelements/vodorod / https://ru.wikipedia.org/wiki/% D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4 http:// elhow.ru/ucheba/himija/svojstva-vecshestv/svojstva-vodoroda http:// taiafilippova.ru/polza-i-vred-perekisi-vodoroda-lechebnye-svojstva http:// greenword.ru/2007/12/hydrogen-engine.html http://greenvolt.ru/energiya-vody/vodorodnyj-dvigatel / https:// blamper.ru/auto/wiki/dvigatel/vodorodnyy-dvigatel-3019 http:// fb.ru/article/165610/vodorodnyiy-dvigatel-toyota-toyota-mirai-s-vodorodnyim-dvigatelem