Отримання та застосування водню коротко. Речовини, з якими реагує та які утворює водень

Найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті є водень. Це свого роду точка відліку, оскільки у таблиці Менделєєва його атомне число дорівнює одиниці. Людство сподівається, що зможе дізнатися про нього як більше одного з найможливіших транспортних засобів у майбутньому. Водень - це найпростіший, найлегший, найпоширеніший елемент, його багато скрізь - сімдесят п'ять відсотків від усієї маси речовини. Він є у будь-якій зірці, особливо багато водню в газових гігантах. Його роль зоряних реакціях синтезу є ключовою. Без водню немає води, а отже – немає й життя. Усі пам'ятають, що молекула води містить один атом кисню, а два атоми у ній - водень. Це всім відома формула Н2О.

Як ми його використовуємо

Виявив водень в 1766 Генрі Кавендіш, коли аналізував реакцію окислення металу. Через кілька років спостережень він зрозумів, що у процесі горіння водню відбувається утворення води. Раніше вчені виділяли цей елемент, але самостійним його не вважали. В 1783 водень отримав ім'я гідроген (у перекладі з грецького "гідро" - вода, а "ген" - народжувати). Елемент, що породжує воду, – водень. Це газ, молекулярна формула якого Н2. Якщо температура близька до кімнатної, а тиск нормальний, цей елемент невідчутний. Водень можна навіть не вловити людськими органами почуттів - він не смакує, не має кольору, позбавлений запаху. А ось під тиском і за температури -252,87 С (дуже великий холод!) цей газ розріджується. Так його і зберігають, оскільки у вигляді газу він займає набагато більше місця. Саме рідкий водень використовують як ракетне паливо.

Водень може ставати твердим, металевим, але для цього тиск необхідний надвисокий, саме цим зараз і займаються найпомітніші вчені - фізики та хіміки. Вже зараз цей елемент є альтернативним паливом для транспорту. Застосування його схоже на те, як працює двигун внутрішнього згоряння: коли спалюють водень, вивільняється багато його хімічної енергії. Також практично розроблений спосіб створення паливного елемента на його основі: при з'єднанні з киснем відбувається реакція, а утворюються вода і електрика. Можливо, незабаром транспорт "пересяде" замість бензину на водень - безліч автомобілебудівників цікавиться створенням альтернативних горючих матеріалів, є й успіхи. Але суто водневий двигун поки що в перспективі, тут безліч труднощів. Однак і переваги такі, що створення паливного бака з твердим воднем йде повним ходом, і вчені та інженери не збираються відступати.

Основні відомості

Hydrogenium (лат.) – водень, перший порядковий номер у таблиці Менделєєва, позначається Н. Атом водню має масу 1,0079, це газ, що не має за звичайних умов ні смаку, ні запаху, ні кольору. Хіміки з шістнадцятого століття описували якийсь горючий газ, позначаючи його по-різному. Але виходив він у всіх за однакових умов - коли на метал впливає кислота. Водень навіть самим Кавендішем багато років називався просто "горюче повітря". Лише у 1783 році Лавуазьє довів, що вода має складний склад, шляхом синтезу та аналізу, а через чотири роки він же і дав "паливному повітрю" його сучасну назву. Корінь цього складного слова широко вживається, коли потрібно називати сполуки водню та будь-які процеси, в яких він бере участь. Наприклад, гідрогенізація, гідрид тощо. А російську назву запропонував 1824 року М. Соловйов.

У природі поширення цього елемента немає рівних. У літосфері та гідросфері земної кори його маса – один відсоток, натомість атомів водню – цілих шістнадцять відсотків. Найбільш поширена Землі вода, і 11,19% за масою у ній - водень. Також він обов'язково є практично у всіх сполуках, з яких складаються нафта, вугілля, всі природні гази, глина. Є водень і в усіх організмах рослин та тварин – у складі білків, жирів, нуклеїнових кислот, вуглеводів тощо. Вільний стан для водню не характерний і майже не зустрічається - його дуже небагато в природних та вулканічних газах. Дуже незначний обсяг водню в атмосфері - 0,0001%, за кількістю атомів. Зате цілі потоки протонів є воднем у навколоземному просторі, з нього складається внутрішній радіаційний пояс нашої планети.

Космос

У космосі жоден елемент не зустрічається так часто, як водень. Об'єм водню у складі елементів Сонця - більше половини його маси. Більшість зірок утворює водень, що у вигляді плазми. Основна частина різноманітних газів туманностей та міжзоряного середовища також складається з водню. Він присутній у кометах, в атмосфері цілого ряду планет. Природно, не в чистому вигляді, - як вільний Н 2 , то як метан СН 4 , то як аміак NH 3 , навіть як вода Н 2 О. Дуже часто зустрічаються радикали СН, NH, SiN, OH, РН і тому подібні. Як потік протонів водень є частиною корпускулярного сонячного випромінювання та космічних променів.

У звичайному водні суміш двох стійких ізотопів – це легкий водень (або протий 1 Н) та важкий водень (або дейтерій – 2 Н або D). Є й інші ізотопи: радіоактивний тритій – 3 Н або Т, інакше – надважкий водень. А ще дуже нестійкий 4 Н. У природі сполука водню містить ізотопи в таких пропорціях: на один атом дейтерію припадає 6800 атомів протию. Тритій утворюється в атмосфері з азоту, який впливають нейтрони космічних променів, але мізерно мало. Що означає кількість маси ізотопів? Цифра показує, що ядро протию - тільки з одним протоном, а в дейтерію в ядрі атома не тільки протон, а й нейтрон. У тритію в ядрі до одного протону вже два нейтрони. А ось 4 Н містить три нейтрони на один протон. Тому фізичні властивості і хімічні в ізотопів водню дуже відрізняються порівняно з ізотопами всіх інших елементів, - занадто велика відмінність мас.

Будова та фізичні властивості

За будовою атом водень найпростіший проти іншими елементами: одне ядро - один електрон. Потенціал іонізації – енергія зв'язку ядра з електроном – 13,595 електронвольт (eV). Саме через простоту цієї будови атом водню зручний як модель у квантовій механіці, коли потрібно розрахувати енергетичні рівні складніших атомів. У молекулі Н 2 - два атоми, які з'єднані хімічним ковалентним зв'язком. Енергія розпаду дуже велика. Атомарний водень може утворитися в хімічних реакціях, наприклад, цинку та соляної кислоти. Однак взаємодія з воднем практично не відбувається - атомарний стан водню дуже коротко, атоми відразу рекомбінують молекули Н 2 .

З фізичної точки зору водень легший за всі відомі речовини - більш ніж у чотирнадцять разів легший за повітря (згадаймо повітряні кульки, що відлітають на святах, - усередині у них якраз водень). Однак він вміє кипіти, зріджуватися, плавитися, твердіти, і тільки гелій кипить і плавиться за більш низьких температур. Зріджувати його складно, потрібна температура нижче -240 градусів за Цельсієм. Проте теплопровідність він має дуже високу. У воді майже не розчиняється, зате чудово відбувається взаємодія з воднем металів - він розчиняється майже у всіх, найкраще в паладії (на один його обсяг водню йде вісімсот п'ятдесят об'ємів). Рідкий водень легкий і текучий, а коли розчиняється в металах, часто руйнує сплави через взаємодію з вуглецем (сталь, наприклад), відбувається дифузія, декарбонізація.

Хімічні властивості

У з'єднаннях переважно водень показує ступінь окислення (валентність) +1, як натрій та інші лужні метали. Його й розглядають як їхній аналог, що стоїть на чолі першої групи системи Менделєєва. Але іон водню в гідридах металів заряджений негативно, зі ступенем окиснення -1. Також цей елемент близький до галогенів, які здатні замінювати його в органічних сполуках. Значить, водень можна віднести і до сьомої групи Менделєєвої системи. У звичайних умовах молекули водню активністю не відрізняються, поєднуючись тільки з найактивнішими неметалами: добре з фтором, а якщо світло - з хлором. Але при нагріванні водень стає іншим - він з багатьма елементами входить у реакцію. Атомарний водень у порівнянні з молекулярним дуже активний хімічно, так у зв'язку з киснем утворюється вода, а водночас виділяється енергія та тепло. При кімнатній температурі ця реакція дуже повільна, зате при нагріванні понад п'ятсот п'ятдесят градусів виходить вибух.

Використовується водень для відновлення металів, тому що у їх оксидів він забирає кисень. Зі фтором водень утворює вибух навіть у темряві і при мінус двохсот п'ятдесяти двох градусах за Цельсієм. Хлор і бром збуджують водень лише за нагріванні чи освітленні, а йод - лише за нагріванні. Водень з азотом утворює аміак (так виробляються більшість добрив). При нагріванні він дуже активно взаємодіє із сіркою, і виходить сірководень. З телуром і селеном викликати реакцію водню важко, і з чистим вуглецем реакція відбувається за дуже високих температурах, і виходить метан. З оксидом вуглецю водень утворює різні органічні сполуки, тут впливають тиск, температура, каталізатори, і це має величезне практичне значення. І взагалі, роль водню, а також його сполук винятково велика, оскільки він дає кислотні властивості протонним кислотам. З багатьма елементами утворюється водневий зв'язок, що впливає на властивості і неорганічних та органічних сполук.

Отримання та застосування

Отримують водень у промислових масштабах із природних газів - горючих, коксових, газів переробки нафти. Також його можна отримати методом електролізу там, де електроенергія не надто дорога. Однак найважливішим способом виробництва водню є каталітична взаємодія вуглеводнів, здебільшого метану, з водяною парою, коли виходить конверсія. Також широко застосовується спосіб окислення вуглеводнів киснем. Видобуток водню з природного газу є найдешевший спосіб. Інші два - використання коксового газу та газу нафтопереробки - водень виділяється, коли зріджуються решта компонентів. Вони легше піддаються зрідженню, а водню, як ми пам'ятаємо, потрібно -252 градуси.

Дуже популярна у використанні перекис водню. Лікування цим розчином застосовується дуже часто. Молекулярну формулу Н 2 Про 2 навряд чи назвуть усі ті мільйони людей, які хочуть бути блондинками та освітлюють собі волосся, а також і ті, хто любить чистоту на кухні. Навіть ті, хто обробляє подряпини, отримані від гри з кошеням, найчастіше не усвідомлюють, що застосовують лікування воднем. Зате всі знають історію: з 1852 водень тривалий час використовувався в повітроплаванні. Дирижабль, винайдений Генрі Гіффардом, створили на основі водню. Їх називали цепелінами. Витіснило цепеліни з небесних просторів стрімкий розвиток літакобудування. 1937 року сталася велика аварія, коли згорів дирижабль "Гінденбург". Після цього випадку цепеліни більше не використовувалися ніколи. Зате наприкінці 18 століття поширення повітряних куль, наповнених воднем, було повсюдним. Окрім виробництва аміаку, сьогодні водень необхідний для виготовлення метилового спирту та інших спиртів, бензину, гідрогенізованого важкого рідкого палива та твердого палива. Не обійтися без водню при зварюванні, при різанні металів - вона може бути киснево-водневою та атомно-водневою. А тритій та дейтерій дають життя атомній енергетиці. Це, як пам'ятаємо, ізотопи водню.

Неумивакін

Водень як хімічний елемент настільки добрий, що в нього не могли не з'явитися власні фанати. Іван Павлович Неумивакін - доктор медичних наук, професор, лауреат Державної премії та ще багато у нього звань та нагород, - серед них. Будучи лікарем традиційної медицини, він названий найкращим народним цілителем Росії. Саме він розробляв багато методів і принципів надання медичної допомоги космонавтам, які перебувають у польоті. Саме він створив унікальний стаціонар – лікарню на борту космічного судна. У той же час був державним координатором напряму косметичної медицини. Космос та косметика. Його захоплення воднем спрямоване не на те, щоб зробити великі гроші, як це зараз існує у вітчизняній медицині, а навпаки - навчити народ виліковуватися від чого завгодно буквально копійчаним засобом, без додаткового відвідування аптек.

Він пропагує лікування препаратом, який є буквально в кожному будинку. Це – перекис водню. Неумивакіна можна скільки завгодно критикувати, він все одно наполягатиме на своєму: так, дійсно, перекисом водню можна вилікувати буквально все, тому що вона насичує внутрішні клітини організму киснем, руйнує токсини, нормалізує кислотну і лужну рівновагу, а звідси регенеруються тканини, омолаж організм. Водню, що вилікувалися перекисом, поки що ніхто не бачив і тим більше не обстежив, проте Неумивакін стверджує, що, користуючись цим засобом, можна повністю позбутися вірусних, бактеріальних і грибкових захворювань, попередити розвиток пухлин і атеросклерозу, перемогти депресію, омолодити організм і ніколи не хворіти ГРВІ та застудою.

Панацея

Іван Павлович упевнений, що при грамотному використанні цього найпростішого препарату та при дотриманні всіх нехитрих інструкцій можна перемогти дуже багато хвороб, серед яких і дуже серйозні. Список їх величезний: від пародонтозу та ангіни до інфарктів міокарда, інсультів та цукрового діабету. Такі дрібниці, як гайморит чи остеохондроз, відлітають із перших сеансів лікування. Навіть ракові пухлини лякаються і тікають від перекису водню, тому що стимулюється імунітет, життя організму та його захист активізуються.

Лікувати таким чином можна навіть дітей, хіба що вагітним жінкам краще поки що від вживання перекису водню утриматися. Також не рекомендується цей метод людям із пересадженими органами через можливу несумісність тканин. Дозування має дотримуватися чітко: від однієї краплі до десяти, додаючи по одній щодня. Тричі на день (тридцять крапель тривідсоткового розчину перекису водню на добу, ого!) за півгодини до їди. Можна вводити розчин внутрішньовенно та під наглядом лікаря. Іноді перекис водню комбінують для ефективнішого ефекту з іншими препаратами. Всередину розчин застосовують тільки у розведеному вигляді – з чистою водою.

Зовнішньо

Компреси та полоскання ще до створення професором Неумивакіним його методики були дуже популярними. Всі знають, що так само, як і спиртові компреси, у чистому вигляді перекис водню застосовувати не можна, тому що вийде опік тканин, а ось бородавки чи грибкові ураження змащують локально та міцним розчином – до п'ятнадцяти відсотків.

При шкірних висипаннях, головних болях теж роблять процедури, у яких бере участь перекис водню. Компрес потрібно робити за допомогою бавовняної тканини, змоченої в розчині з двох чайних ложок тривідсоткового перекису водню та п'ятдесяти міліграм чистої води. Тканину накрити плівкою і укутати вовною або рушником. Час дії компресу від чверті години до півтори години вранці та ввечері до одужання.

Думка лікарів

Думки розділилися, далеко не всіх захоплюють властивості перекису водню, більше того, їм не тільки не вірять, з них сміються. Знаходяться серед медиків і ті, хто підтримав Неумивакіна і навіть підхопив розвиток його теорії, але їхню меншість. Більшість лікарів вважає такого плану лікування не тільки неефективним, а й часто згубним.

І справді, не існує поки що офіційно жодного доведеного випадку, коли пацієнт вилікувався б перекисом водню. Одночасно немає відомостей про погіршення стану здоров'я у зв'язку із застосуванням цього методу. А ось час дорогоцінний втрачається, і людина, яка отримала одне з серйозних захворювань і повністю поклалася на панацею Неумивакіна, ризикує запізнитися на початок свого справжнього традиційного лікування.

Водень - особливий елемент, що займає відразу два осередки в періодичній системі Менделєєва. Він розташовується у двох групах елементів, що мають протилежні властивості, і ця особливість робить його унікальним. Водень є простою речовиною та складовою багатьох складних сполук, це органогенний та біогенний елемент. Варто докладно ознайомитися з основними його особливостями та властивостями.

Водень у періодичній системі Менделєєва

Головні особливості водню, зазначені в:

порядковий номер елемента – 1 (протонів та електронів стільки ж);
атомна маса становить 1,00795;
водень має три ізотопи, кожен з яких має особливі властивості;
завдяки вмісту тільки одного електрона, водень здатний виявляти відновлювальні та окисні властивості, а після віддачі електрона водень має вільну орбіталь, що бере участь у складанні хімічних зв'язків за донорно-акцепторним механізмом;
водень – легкий елемент із невеликою щільністю;
водень є сильним відновником, він відкриває групу лужних металів у першій групі головної підгрупи;
коли водень вступає у реакцію з металами та іншими сильними відновниками, він приймає їхній електрон і стає окислювачем. Такі сполуки називаються гідридами. За вказаною ознакою водень умовно відноситься до групи галогенів (у таблиці він наводиться над фтором у дужках), з якими має подібність.

Водень як проста речовина

Водень - це газ, молекула якого складається з двох. Ця речовина була відкрита у 1766 році британським ученим Генрі Кавендішем. Він довів, що водень є газом, який вибухає при взаємодії із киснем. Після вивчення водню хіміки встановили, що ця речовина є найлегшою з усіх відомих людині.

Інший вчений, Лавуазьє, привласнив елементу ім'я «гідрогеніум», що в перекладі з латині означає «що породжує воду». У 1781 році Генрі Кавендіш довів, що вода є поєднанням кисню та водню. Іншими словами, вода – це продукт реакції водню з киснем. Займисті властивості водню були відомі ще давнім вченим: відповідні записи залишив Парацельс, який жив у XVI столітті.

Молекулярний водень - це утворюється природним шляхом поширена в природі газоподібна сполука, яка складається з двох атомів і при піднесенні лучини, що горить. Молекула водню може розпадатися на атоми, що перетворюються на ядра гелію, оскільки вони здатні брати участь у ядерних реакціях. Такі процеси регулярно протікають у космосі та на Сонці.

Водень та його фізичні властивості

Водень має такі фізичні параметри:

кипить за температури -252,76 °C;
плавиться за температури -259,14 °C; *у зазначених температурних межах водень - це безбарвна рідина, що не має запаху;
у воді водень слабо розчиняється;
водень теоретично може перейти у металевий стан при забезпеченні особливих умов (низьких температур та високого тиску);
чистий водень - вибухонебезпечна та палива речовина;
водень здатний дифундувати крізь товщу металів, тому добре розчиняється в них;
водень легший за повітря в 14,5 разів;
за високого тиску можна отримати снігоподібні кристали твердого водню.

Хімічні властивості водню

Лабораторні методи:

взаємодія розведених кислот з активними металами та металами середньої активності;
гідроліз гідридів металів;
реакція з водою лужних та лужноземельних металів.

Сполуки водню:

Галогенводні; леткі водневі сполуки неметалів; гідриди; гідроксиди; гідроксид водню (вода); перекис водню; органічні сполуки (білки, жири, вуглеводні, вітаміни, ліпіди, ефірні олії, гормони). Натисніть , щоб побачити безпечні експерименти для вивчення властивостей білків, жирів та вуглеводів.

Щоб зібрати водень, що утворюється, потрібно тримати пробірку перевернутої вгору дном. Водень не можна зібрати, як вуглекислий газ, адже він набагато легший за повітря. Водень швидко випаровується, а при змішуванні з повітрям (або при великому скупченні) вибухає. Тому необхідно перевертати пробірку. Відразу після заповнення пробірка закривається гумовою пробкою.

Щоб перевірити чистоту водню, потрібно піднести запалений сірник до шийки пробірки. Якщо станеться глуха і тиха бавовна – газ чистий, а домішки повітря мінімальні. Якщо бавовна гучна і свистяча - газ у пробірці брудний, у ньому присутня велика частка сторонніх компонентів.

Увага! Не намагайтеся повторити ці досліди самостійно!

Машини без вихлопних газів. Це Mirai виробництва Toyota. Автомобіль працює на водневому паливі.

З вихлопних труб виходять лише нагріте повітря та водяна пара. Машина майбутнього вже їздить дорогами, хоч і має проблеми з дозаправкою.

Хоча, враховуючи поширеність водню у Всесвіті, такої проблеми не повинно бути.

Світ складається з однієї речовини на три чверті. Отже, свій порядковий номер елемент воденьвиправдовує. Сьогодні, вся увага йому.

Властивості водню

Будучи першим елементом, воденьпороджує першу речовину. Це вода. Її формула, як відомо, H2O.

На грецькій назві водню пишеться, як hidrogenium, де hidro – вода, а genium – породжувати.

Проте, ім'я елементу дали не греки, а французький дослідник природи Лоран Лавуазьє. До нього водень досліджували Генрі Кевендіш, Нікола Лемері та Теофраст Парацельс.

Останній, власне, залишив науці першу згадку про першу речовину. Запис датований 16 століттям. Яких же висновків дійшли вчені з приводу водню?

Характеристика елемента- Подвійність. У атома водню лише 1 електрон. У низці реакцій речовина віддає його.

Це поведінка типового металу із першої групи. Однак водень здатний і добудовувати свою оболонку, не віддаючи, а приймаючи 1 електрон.

У цьому випадку, перший елемент веде себе, як галогени. Вони розташовуються в 17-й групі періодичної системи та схильні до освіти.

У яких із них можна знайти водень? Наприклад, в гідросульфіді . Його формула: - NaHS.

Це з'єднання елемента водню засноване на . Як видно, атоми водню витіснені з неї натрієм лише частково.

Наявність всього одного електрона і здатність його віддати перетворює атом водню на протон. У ядрі теж лише одна частка з позитивним зарядом.

Відносна маса протона з електроном дорівнює 2-розум. Показник у 14 разів менший, ніж у повітря. Без електрона речовина ще й легша.

Висновок, що водень – газ, напрошується саме собою. Проте, елемент має і рідку форму. Зрідження відбувається за температури -252,8 градусів Цельсія.

За рахунок своїх малих розмірів хімічний елемент воденьмає здатність проникати крізь інші речовини.

Так, якщо надути повітряний не гелієм, або звичайним повітрям, а чистим елементом №1, здувається вже за кілька днів.

Частинки газу легко пройдуть у пори . Проходить водень і деякі метали, наприклад, і .

Нагромаджуючись у тому структурі, речовина випаровується за підвищення температури.

Хоч водень входитьдо складу води, розчиняється він погано. Не дарма у лабораторіях елемент виділяють шляхом витіснення вологи. А як видобувають першу речовину промисловці? Цьому присвятимо наступний розділ.

Видобуток водню

Формула воднюдозволяє видобувати його мінімум шістьма способами. Перший – парова конверсія метану та природного газу.

Беруться легоїнові фракції. Чистий водень їх вилучається каталітичним шляхом. Для цього потрібна наявність пари води.

Другий шлях видобутку 1-го речовини - газифікація. паливо нагрівають до 1500 градусів, перетворюючи на горючі гази.

Для цього потрібний окислювач. Достатньо звичайного атмосферного кисню.

Третій шлях отримання водню – електроліз води. Через неї пропускають струм. Він допомагає виділити на електродах необхідний елемент.

Користуватися можна і піролізом. Це термічне розкладання з'єднань. Розпастися змушують, як органіку, і неорганічні речовини, наприклад, ту ж воду. Процес відбувається під впливом високих температур.

П'ятий шлях отримання водню – часткове окиснення, а шостий – біотехнології.

Під останніми розуміється видобуток газу з води шляхом її біохімічного розщеплення. Допомагають спеціальні водорості.

Потрібен замкнутий фотобіореактор, тому, 6-м способом користуються рідко. Популярний, власне, лише спосіб парової конверсії.

Він найдешевший і простий. Однак наявність маси альтернатив робить водень бажаною сировиною для промисловості, адже немає залежності від конкретного джерела елемента.

Застосування водню

Водень використовуютьдля синтезу. Ця сполука є холодоагентом у морозильній техніці, відомо, як складова нашатирного спирту, застосовується як нейтралізатор кислот.

Водень пускають так само на синтез хлороводневої кислоти. Це друга назва.

Вона необхідна, наприклад, для очищення поверхонь металів, полірування. У харчовій промисловості хлороводнева – регулятор кислотності Е507.

Як харчова добавка зареєстрований і сам водень. Його назва на упаковках продуктів – Е949.

Застосовується, зокрема, з виробництва маргарину. Система гідрогенезації, власне, робить маргарин.

У жирних з олії розривається частина зв'язків. На місцях розриву постають атоми водню. Це і перетворює плинну субстанцію на відносно.

В ролі паливний елемент воденьзастосовується, поки, й не так у , скільки ракетах.

Перша речовина згоряє в кисні, що дає енергію для руху космічних апаратів.

Так, одна із найпотужніших російських ракет «Енергія» працює саме на водневому паливі. Перший елемент у ньому скраплений.

Реакція горіння водню в кисні використовується і при зварювальних роботах. Можна скріплювати найтугоплавкіші матеріали.

Температура реакції у чистому вигляді – 3000 градусів Цельсія. З використанням спеціальних вдається досягти 4000 градусів.

«Здасться» будь-який, будь-який метал. До речі, метали за допомогою одного елемента теж одержують. Реакція заснована на виділенні цінних речовин із їх оксидів.

У ядерній промисловості шанують ізотопи водню. Їх лише 3. Один із них – тритій. Він радіоактивний.

Є ще нерадіоактивні протий та дейтерій. Хоч тритій і випромінює небезпеку, але зустрічається у природному середовищі.

Ізотоп утворюється у верхніх шарах атмосфери, на які діють космічні промені. Це призводить до ядерних реакцій.

У реакторах на поверхні землі тритій – результат нейтронного опромінення .

Ціна водню

Найчастіше, промисловці пропонують газоподібний водень, природно, у стислому стані та у спеціальній тарі, яка не пропустить дрібні атоми речовини.

Перший елемент ділять на технічний та очищений, тобто вищий сорт. Є навіть марки водню, Наприклад, «А».

Для неї діє ГОСТ 3022-80. Це технічний газ. За 40 кубічних літрів виробники просять трохи менше ніж 1000 . За 50 літрів дають 1300.

ГОСТ для чистого водню – Р51673-2000. Чистота газу становить 9,9999%. Технічний елемент, щоправда, трохи поступається.

Його чистота – 9,99%. Проте, за 40 кубічних літрів чистої речовини дають уже понад 13 000 рублів.

За цінником видно, як непросто дається промисловцям фінальна стадія очищення газу. За 50-літровий балон доведеться віддати 15000-16000 рублів.

Рідкий воденьмайже не використовується. Занадто затратно, втрати великі. Тому, і пропозицій про продаж, чи купівлю не знайти.

Зріджений водень не тільки важко отримати, а й зберігати. Температура мінус 252 градуси – не жарти.

Тому жартувати ніхто і не збирається, користуючись ефективним і простим у обігу газом.

ВОДОРОД, Н (лат. hydrogenium; а. hydrogen; н. Wasserstoff; ф. hydrogene; і. hidrogeno), - хімічний елемент періодичної системи елементів Менделєєва, який відносять одночасно до I і VII груп, атомний номер 1, атомна маса 1, 0079. Природний водень має стабільні ізотопи - протий (1 Н), дейтерій (2 Н або D) і радіоактивний - тритій (3 Н або Т). Для природних сполук середнє відношення D/Н = (158±2).10 -6 Рівноважний вміст 3 Н Землі ~5.10 27 атомів.

Фізичні властивості водню

Водень вперше описав у 1766 англійський вчений Г. Кавендіш. За звичайних умов водень - газ без кольору, запаху та смаку. У природі у вільному стані перебуває у формі молекул Н2. Енергія дисоціації молекули Н 2 - 4,776 еВ; потенціал іонізації атома водню 13,595 еВ. Водень - найлегша речовина з усіх відомих, при 0°С та 0,1 МПа 0,0899 кг/м 3 ; t кипіння-252,6 ° С, t плавлення - 259,1 ° С; критичні параметри: t - 240 ° С, тиск 1,28 МПа, щільність 31,2 кг / м 3 . Найбільш теплопровідний із усіх газів - 0,174 Вт/(м.К) при 0°С і 1 МПа, питома теплоємність 14,208.10 3 Дж(кг.К).

Хімічні властивості водню

Рідкий водень дуже легкий (щільність при -253°С 70,8 кг/м 3 ) і текучий (при -253°С дорівнює 13,8 сП). У більшості сполук водень виявляє ступінь окислення +1 (подібний до лужних металів), рідше -1 (подібний до гідридів металів). За звичайних умов молекулярний водень малоактивний; розчинність у воді при 20°З 1 МПа 0,0182 мл/г; добре розчинний у металах - Ni, Pt, Pd та ін. З киснем утворює воду з виділенням тепла 143,3 МДж/кг (при 25 ° С і 0,1 МПа); при 550°З вище реакція супроводжується вибухом. При взаємодії з фтором та хлором реакції йдуть також із вибухом. Основні сполуки водню: Н 2 Про, аміак NH 3 , сірководень Н 2 S, CH 4 , гідриди металів і галогенів CaH 2 , HBr, Hl, а також органічні сполуки С 2 Н 4 , HCHO, CH 3 OH та ін.

Водень у природі

Водень - широко поширений у природі елемент, вміст його в 1% (за масою). Головний резервуар водню Землі — вода (11,19%, за масою). Водень є одним з основних компонентів усіх природних органічних сполук. У вільному стані присутній у вулканічних та інших природних газах, (0,0001%, за кількістю атомів). Складає основну частину маси Сонця, зірок, міжзоряного газу, газових туманностей. В атмосферах планет присутній у формі Н2, CH4, NH3, Н2О, CH, NHOH та ін. Входить до складу корпускулярного випромінювання Сонця (потоки протонів) та космічних променів (потоки електронів).

Отримання та застосування водню

Сировина для промислового отримання водню - гази нафтопереробки, продукти газифікації та ін. Основні способи отримання водню: реакція вуглеводнів з водяною парою, неповне окислення вуглеводнів, конверсія окису, електроліз води. Водень застосовують для виробництва аміаку, спиртів, синтетичного бензину, соляної кислоти, гідроочищення нафтопродуктів, різання металів воднево-кисневим полум'ям.

Водень - перспективне газоподібне пальне. Дейтерій та тритій знайшли застосування в атомній енергетиці.

Розглянемо, що є водень. Хімічні властивості та отримання цього неметалу вивчають у курсі неорганічної хімії у школі. Саме цей елемент очолює періодичну систему Менделєєва, а тому заслуговує на детальний опис.

Коротка інформація про відкриття елемента

Перш ніж розглядати фізичні та хімічні властивості водню, з'ясуємо, як було знайдено цей важливий елемент.

Хіміки, які працювали у шістнадцятому та сімнадцятому століттях, неодноразово згадували у своїх працях про пальний газ, який виділяється при впливі на кислоти активними металами. У другій половині вісімнадцятого століття Г. Кавендішу вдалося зібрати та проаналізувати цей газ, давши йому назву «горючий газ».

Фізичні та хімічні властивості водню на той час не були вивчені. Тільки наприкінці 18 століття А. Лавуазьє вдалося шляхом аналізу встановити, що одержати цей газ можна шляхом аналізу води. Трохи пізніше він став називати новий елемент hydrogene, що в перекладі означає «що породжує воду». Своєю сучасною російською назвою водень завдячує М. Ф. Соловйову.

Знаходження у природі

Хімічні властивості водню можна аналізувати лише з його поширеності у природі. Даний елемент присутній у гідро- та літосфері, а також входить до складу корисних копалин: природного та попутного газу, торфу, нафти, вугілля, горючих сланців. Важко собі уявити дорослу людину, яка б не знала про те, що водень є складовою води.

Крім того, цей неметал знаходиться в організмах тварин у вигляді нуклеїнових кислот, білків, вуглеводів, жирів. На нашій планеті цей елемент зустрічається у вільному вигляді досить рідко, мабуть, лише у природному та вулканічному газі.

У вигляді плазми водень становить приблизно половину маси зірок та Сонця, крім того, входить до складу міжзоряного газу. Наприклад, у вільному вигляді, а також у формі метану, аміаку цей неметал є у складі комет і навіть деяких планет.

Фізичні властивості

Перш ніж розглядати хімічні властивості водню, зазначимо, що за нормальних умов він є газоподібною речовиною легшою за повітря, що має кілька ізотопних форм. Він майже нерозчинний у воді, має високу теплопровідність. Протий, що має масове число 1, вважається найлегшою його формою. Тритій, який має радіоактивні властивості, утворюється в природі з атмосферного азоту при впливі на нього нейронів УФ-променів.

Особливості будови молекули

Щоб розглянути хімічні властивості водню, реакції, характерні йому, зупинимося і особливостях його будови. У цій двоатомній молекулі ковалентний неполярний хімічний зв'язок. Утворення атомарного водню можливе за умови взаємодії активних металів на розчини кислот. Але в такому вигляді цей неметал здатний існувати лише незначний часовий проміжок, практично відразу він рекомбінується в молекулярний вигляд.

Хімічні властивості

Розглянемо хімічні властивості водню. Здебільшого сполук, які утворює даний хімічний елемент, він виявляє ступінь окислення +1, що робить його схожим з активними (лужними) металами. Основні хімічні властивості водню, що характеризують його як метал:

взаємодія з киснем із утворенням води;
реакція з галогенами, що супроводжується утворенням галогеноводороду;
одержання сірководню при з'єднанні із сіркою.

Нижче наведено рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості водню. Звертаємо увагу на те, що як неметал (зі ступенем окислення -1) він виступає тільки в реакції з активними металами, утворюючи з ними відповідні гідриди.

Водень за нормальної температури неактивно вступає у взаємодію Космосу з іншими речовинами, тому більшість реакцій здійснюється лише після попереднього нагрівання.

Зупинимося докладніше деяких хімічних взаємодіях елемента, який очолює періодичну систему хімічних елементів Менделєєва.

Реакція утворення води супроводжується виділенням 285,937 кДж енергії. При підвищеній температурі (більше 550 градусів за Цельсієм) цей процес супроводжується сильним вибухом.

Серед тих хімічних властивостей газоподібного водню, які знайшли суттєве застосування у промисловості, інтерес представляє його взаємодію Космосу з оксидами металів. Саме шляхом каталітичного гідрування в сучасній промисловості здійснюють переробку оксидів металів, наприклад, виділяють із залізної окалини (змішаного оксиду заліза) чистий метал. Цей спосіб дозволяє вести ефективну переробку металобрухту.

Синтез аміаку, який передбачає взаємодію водню з азотом повітря, також затребуваний у сучасній хімічній промисловості. Серед умов протікання цієї хімічної взаємодії відзначимо тиск та температуру.

Висновок

Саме водень є малоактивною хімічною речовиною за звичайних умов. У разі підвищення температури його активність істотно зростає. Ця речовина потрібна в органічному синтезі. Наприклад, шляхом гідрування можна відновити кетони до вторинних спиртів, а альдегіди перетворити на первинні спирти. Крім того, шляхом гідрування можна перетворити ненасичені вуглеводні класу етилену та ацетилену на граничні сполуки ряду метану. Водень по праву вважають простою речовиною, затребуваною в сучасному хімічному виробництві.