Водень поширення фізичні та хімічні властивості. Різні форми водню

• Земля - ​​третя від Сонця планета. П'ята за розміром серед усіх планет Сонячної системи. Вона є також найбільшою за діаметром, масою та щільністю серед планет земної групи.

  Іноді згадується як Світ, Блакитна планета, іноді Терра (від лат. Terra). Єдине відоме людині на Наразітіло Сонячної системи зокрема та Всесвіту взагалі, населене живими організмами.

  Наукові дані вказують на те, що Земля утворилася із сонячної туманності близько 4,54 мільярда років тому і незабаром після цього придбала свій єдиний природний супутник – Місяць. Імовірно, життя з'явилося на Землі приблизно 4,25 млрд років тому, тобто незабаром після її виникнення. З того часу біосфера Землі значно змінила атмосферу та інші абіотичні фактори, зумовивши кількісне зростання аеробних організмів, і навіть формування озонового шару, що разом із магнітним полем Землі послаблює шкідливу життя сонячну радіацію, цим зберігаючи умови існування життя Землі. Радіація, обумовлена ​​самою земною корою, з часів її утворення значно знизилася завдяки поступовому розпаду радіонуклідів у ній. Кора Землі розділена на кілька сегментів, або тектонічних плит, які рухаються поверхнею зі швидкостями близько кількох сантиметрів на рік. Вивченням складу, будови та закономірностей розвитку Землі займається наука геологія.

  Приблизно 70,8% поверхні планети займає Світовий океан, решту поверхні займають континенти та острови. На материках розташовані річки, озера, підземні води та льоди, разом із Світовим океаном вони складають гідросферу. Рідка вода, необхідна всім відомих життєвих форм, немає на поверхні якоїсь із відомих планет і планетоїдів Сонячної системи, крім Землі. Полюси Землі вкриті крижаним панцирем, який включає морський лід Арктики і антарктичний крижаний щит.

  Внутрішні області Землі досить активні і складаються з товстого, дуже в'язкого шару, званого мантією, що покриває рідке зовнішнє ядро, що є джерелом магнітного поля Землі, і внутрішнє тверде ядро, імовірно, що складається із заліза та нікелю. Фізичні характеристики Землі та її орбітального рухудозволили життю зберегтися протягом останніх 3,5 млрд років. За різними оцінками, Земля зберігатиме умови існування живих організмів ще протягом 0,5 - 2,3 млрд років.

  Земля взаємодіє (притягується гравітаційними силами) з іншими об'єктами в космосі, включаючи Сонце та Місяць. Земля обертається навколо Сонця і робить навколо нього повний оборот приблизно за 365,26 сонячної доби- Сідеричний рік. Вісь обертання Землі нахилена на 23,44° щодо перпендикуляра до її орбітальної площини, це викликає сезонні змінина поверхні планети з періодом в один тропічний рік – 365,24 сонячної доби. Доба зараз становить приблизно 24 години. Місяць розпочав своє звернення на орбіті навколо Землі приблизно 4,53 мільярда років тому. Гравітаційний вплив Місяця Землю є причиною виникнення океанських припливів. Також Місяць стабілізує нахил земної осіі поступово уповільнює обертання Землі. Деякі теорії вважають, що падіння астероїдів призводили до суттєвих змін у навколишньому середовищі та поверхні Землі, викликаючи, зокрема, масові вимирання різних видів живих істот.

  Планета є домом для мільйонів видів живих істот, включаючи людину. Територія Землі поділена на 195 незалежних держав, які взаємодіють між собою. Людська культура сформувала багато уявлень про будову світобудови - таких, як концепція про плоскій Землі, геоцентрична система світу та гіпотеза Геї, за якою Земля є єдиним суперорганізмом.

Земля

Земля

планета Сонячної системи, третя порядку від Сонця. Звертається навколо нього еліптичною, близькою до кругової орбіті (з ексцентрисистетом 0,017), з порівн. швидкістю прибл. 30 км/с. Порівн. відстань Землі від Сонця 149,6 млн. км, період обігу 365,24 порівн. сонячної доби (тропічний рік). На порівн. на відстані 384,4 тис. км від Землі навколо неї обертається природний супутник Місяць. Земля обертається навколо своєї осі (що має нахил до площини екліптики, рівний 66 ° 33 22) за 23 год 56 хв (зоряна доба). З обертанням Землі навколо Сонця і нахилом земної осі пов'язана зміна Землі пори року, і з обертанням її навколо осі – зміна дня й ночі.

Будова Землі: 1– континентальна кора; 2 – океанічна кора; 3 – осадові породи; 4 - Гранітний шар; 5 - Базальтовий шар; 6 - мантія; 7 - Зовнішня частина ядра; 8 - Внутрішнє ядро

Земля має форму геоїду (приблизно – триосного еліпсоїдного сфероїда), порівн. радіус якого 6371,0 км, екваторіальний – 6378,2 км, полярний – 6356,8 км; дл. кола екватора - 40075,7 км. Площа поверхні Землі – 510,2 млн. км² (зокрема суша – 149 км², чи 29,2 %, моря і океани – 361,1 млн. км², чи 70,8 %), обсяг – 1083·10 12 км³, маса – 5976·10 21 кг, пор. щільність – 5518 кг/м³. Земля має гравітаційним полем, що зумовлює її сферичну форму і міцно утримує атмосферу, а також магнітним полем та тісно пов'язаним з ним електричним полем. У складі Землі переважає залізо (34,6%), кисень (29,5%), кремній (15,2%) та магній (12,7%). Будова земних надрпоказано малюнку.

Загальний вигляд Землі із космосу

Умови Землі сприятливі існування життя. Область активного життяутворює особливу оболонку Землі - біосферу, в ній здійснюється біологічний кругообіг речовинта потоків енергії. Земля має також географічну оболонку, що відрізняється складним складомта будовою. Вивченням Землі займаються багато наук (астрономія, геодезія, геологія, геохімія, геофізика, фізична географія, землезнавство, біологія та ін.).

Географія. Сучасна ілюстрована енциклопедія. - М: Росмен. За редакцією проф. А. П. Горкіна. 2006 .

Земля

планета, де ми живемо; третя від Сонця та п'ята з найбільших планет у Сонячній системі. Як вважають, Сонячна система сформувалася з вихрових газово-пилових хмар бл. 5 млрд років тому. Земля багата на природні ресурси, має в цілому сприятливий клімат і, можливо, є єдиною планетою, де існує життя. У надрах Землі протікають активні геодинамічні процеси, що виявляються у спредингу океанічного дна (нарощуванні океанічної кори та подальшому її розсуванні), дрейфі материків, землетрусах, вулканічних виверженнях та ін.
Земля обертається довкола своєї осі. Хоча цей рух і не помітний на поверхні, точка на екваторі переміщується зі швидкістю прибл. 1600 км/год. Земля також обертається навколо Сонця по орбіті довжиною бл. 958 млн. км із середньою швидкістю 29,8 км/с, роблячи повний оборот приблизно протягом року (365,242 середньої сонячної доби). Див. також сонячна система.
ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Форма та склад.Земля є сферою, що складається з трьох шарів – твердого (літосфери), рідкого (гідросфери) і газоподібного (атмосфери). Щільність порід, що складають літосферу, збільшується до центру. Так звана " тверда Земля»включає ядро, виконане головним чином залізом, мантію, що складається з мінералів легших металів (наприклад, магнію), і відносно тонку тверду кору. Подекуди вона роздроблена (в областях розломів) або зім'ята в складки (у гірських поясах).
Під впливом тяжіння Сонця, Місяця та інших планет протягом року форма орбіти та конфігурація Землі трохи змінюються, а також виникають припливи. На Землі відбувається повільний дрейф материків, поступово змінюється співвідношення суші і океанів, а процесі постійної еволюції життя відбувається перетворення довкілля. Життя на Землі сконцентровано у зоні контакту літосфери, гідросфери та атмосфери. Ця зона разом із усіма живими організмами, чи біотою, називається біосферою. За межами біосфери життя може існувати лише за наявності спеціальних систем життєзабезпечення, наприклад, космічних кораблів.
Форма та розмір.Зразкові обриси та розміри Землі відомі вже понад 2000 років. Ще 3 ст. до н.е. Грецький вчений Ератосфен досить точно розрахував радіус Землі. Нині відомо, що її екваторіальний діаметр становить 12754 км, а полярний – бл. 12711 км. Геометрично Земля є тривісний еліпсоїдний сфероїд, сплющений біля полюсів (рис. 1, 2). Площа Землі прибл. 510 млн. км 2 , їх 361 млн. км 2 посідає воду. Об'єм Землі дорівнює бл. 1121 млрд. км3.
Нерівність радіусів Землі частково зумовлена ​​обертанням планети, в результаті якого виникає відцентрова сила, максимальна на екваторі і слабшає у напрямку до полюсів. Якби на Землі діяла тільки одна ця сила, всі предмети, що знаходяться на її поверхні, відлетіли б у космос, проте через силу земного тяжіння цього не відбувається.
Сила земного тяжіння, або гравітація,утримує Місяць на орбіті, а атмосферу поблизу земної поверхні. Через обертання Землі та дії відцентрової сили гравітація на її поверхні дещо зменшується. Силою земного тяжіння обумовлено прискорення вільного падіння предметів, величина якого становить приблизно 9,8 м/с2.
Неоднорідність земної поверхні визначає відмінності гравітації у різних районах. Вимірювання прискорення сили тяжіння дозволяють отримувати інформацію про внутрішню будову Землі. Наприклад, поблизу гір простежуються більші його значення. Якщо показники менші за очікувані, то можна припустити, що гори складені менш щільними породами. Див. такожгеодезія.
Маса та щільність.Маса Землі складає прибл. 6000×10 18 т. Для порівняння маса Юпітера більша приблизно в 318 разів, Сонця – в 333 тис. разів. З іншого боку, маса Землі у 81,8 разу перевищує масу Місяця. Щільність Землі варіює від незначної у верхніх шарах атмосфери до винятково високої у центрі планети. Знаючи масу та обсяг Землі, вчені розрахували, що її середня щільністьприблизно в 5,5 рази більше щільностіводи. Одна з найбільш поширених порід на поверхні Землі – граніт має щільність 2,7 г/см3, щільність у мантії змінюється від 3 до 5 г/см3, в межах ядра від 8 до 15 г/см3. У центрі Землі може досягати 17 г/см 3 . Навпаки, щільність повітря біля земної поверхні становить приблизно 1/800 щільності води, а верхніх шарах атмосфери вона дуже мала.
Тиск.Атмосфера чинить тиск на земну поверхнюна рівні моря із силою 1 кг/см 2 (тиск в одну атмосферу), що зменшується з висотою. На висоті прибл. 8 км воно знижується приблизно дві третини. Усередині Землі тиск швидко зростає: на межі ядра воно становить прибл. 1,5 млн. атмосфер, а його центрі – до 3,7 млн. атмосфер.
Температурина Землі сильно варіюють. Наприклад, рекордно висока температура +58 ° C була зареєстрована в Ель-Азії (Лівія) 13 вересня 1922, а рекордно низька, -89,2 ° С, на станції Схід поблизу Південного полюса в Антарктиді 21 липня 1983. З глибиною протягом перших кілометрів від земної поверхні температура підвищується на 0,6 ° C кожні 18 м, далі цей процес уповільнюється. Розташоване в центрі Землі ядро ​​розжарене до температури 5000-6000 ° C. У приповерхневому шарі атмосфери середня температура повітря становить 15 ° C, в тропосфері (нижній основній Землі частини атмосфери) вона поступово знижується, а вище (починаючи зі стратосфери) Залежно від абсолютної висоти.
Оболонка Землі, у межах якої температури зазвичай нижче 0 ° С, називається кріосферою. У тропіках вона починається на висоті бл. 4500 м, у високих широтах (на північ і південь від 60-70 °) - від рівня моря. У приполярних районах на материках кріосфера може сягати кілька десятків сотень метрів нижче земної поверхні, формуючи горизонт багаторічної мерзлоти.
Геомагнетизм.Ще в 1600 р. англійський фізик У.Гільберт показав, що Земля поводиться як величезний магніт. Очевидно, турбулентні рухи в розплавленому залізовмісному зовнішньому ядрі генерують електричні струми, під впливом яких виникає сильне магнітне поле, що тягнеться у космосі з відривом понад 64 000 км. Силові лінії цього поля виходять з одного магнітного полюса Землі та входять до іншого (рис. 3). Магнітні полюси рухаються навколо географічних полюсів Землі. Геомагнітне поле дрейфує у західному напрямку зі швидкістю 24 км/год. Нині Північний магнітний полюсрозташований серед островів північної Канади. Вчені вважають, що протягом тривалих етапів геологічної історіїмагнітні полюси приблизно збігалися з географічними. У будь-якій точці земної поверхні магнітне поле характеризується горизонтальною складовою напруженості, магнітним відмінюванням(кут між цією складовою та площиною географічного меридіана) та магнітним нахилом (кут між вектором напруженості та площиною горизонту). На Північному магнітному полюсі стрілка компаса, який встановлений вертикально, вказуватиме строго вниз, а на Південному – строго вгору. Однак на магнітному полюсі стрілка компаса, розташованого горизонтально, безладно крутиться довкола своєї осі, тому компас тут марний для навігації. Див. такожгеомагнетизм.
Геомагнетизм зумовлює існування зовнішнього магнітного поля – магнітосфери. В даний час Північний магнітний полюс відповідає позитивному знаку ( силові лініїполя спрямовані всередину Землі), а Південний – негативний (силові лінії спрямовані зовні). У геологічному минулому полярність іноді змінювалася на протилежну. Сонячний вітер (потік елементарних частинок, що випромінюються Сонцем) деформує магнітне поле Землі: на зверненій до Сонця денній стороні воно стискається, а на протилежному, нічному – витягується в т.зв. магнітний хвіст Землі.
Нижче 1000 км електромагнітні часткиу тонкому верхньому шарі земної атмосфери стикаються з молекулами кисню та азоту, збуджуючи їх, в результаті відбувається свічення, відоме як полярне сяйво, у всій повноті видиме лише з космосу. Найбільш вражаючі полярні сяйва пов'язані із сонячними магнітними бурями, синхронними з максимумами сонячної активності, що мають циклічність 11 років та 22 роки. В даний час Північне полярне сяйво найкраще видно з Канади та з Аляски. У середні віки, коли північний магнітний полюс розташовувався на схід, полярне сяйво часто було видно в Скандинавії, північної Росіїта північному Китаї.
БУДОВА
Літосфера(Від грец. Lithos - камінь і sphaira - куля) - оболонка «твердої» Землі. Насамперед вважали, що Земля складається з твердої тонкої кори та гарячого киплячого розплаву під нею, а до літосфери відносили лише тверду кору. Сьогодні вважають, що «тверда» Земля включає три концентричні оболонки, які називаються земною корою, мантією та ядром (рис. 4). Земна кора і верхня мантія є твердими тілами, зовнішня частина ядра поводиться як рідке середовище, а внутрішня - як тверде тіло. Сейсмологи відносять до літосфери земну кору та верхню частинумантії. Основа літосфери розташована на глибинах від 100 до 160 км на контакті з астеносферою (зоною зниженої твердості, міцності та в'язкості в межах верхньої мантії, що складається, ймовірно, з розплавлених порід).
Земна кора- Тонка зовнішня оболонкаЗемлі середньою потужністю 32 км. Найтонша вона під океанами (від 4 до 10 км), а найпотужніша – під материками (від 13 до 90 км). На кору припадає приблизно 5% обсягу Землі.
Розрізняють континентальну та океанічну земну кору (рис. 5). Перша їх раніше називалася сиаль, оскільки складові її граніти та інших породи містять переважно кремній (Si) і алюміній (Al). Океанічна кора називалася сима з переважання у складі її порід кремнію (Si) і магнію (Mg). Зазвичай вона складається із темнокольорових базальтів, часто вулканічного походження. Існують також райони з корою перехідного типу, де океанічна кора повільно перетворюється на континентальну чи, навпаки, частина континентальної кори перетворюється на океанічну. Такі трансформації відбуваються в процесі часткового або повного плавлення, а також в результаті корових динамічних процесів.
Близько третини земної поверхні складає суша, що складається з шести материків (Євразії, Північної та Південної Америки, Австралії та Антарктиди), островів та груп островів (архіпелагів). Більша частина суші розташована у Північній півкулі. Взаємне розташування материків змінювалося протягом геологічної історії. Близько 200 млн років тому материки розташовувалися в основному в Південній півкулі і утворювали гігантський суперконтинент Гондвану. (див. такожГЕОЛОГІЯ).
Висота поверхні земної кори істотно відрізняється від району до району: найвища точка на Землі – гора Джомолунгма (Еверест) у Гімалаях (8848 м над рівнем моря), а найнижча – на дні западини Челленджер у Маріанському жолобі поблизу Філіппін (11 03 у.м.). Таким чином, амплітуда висот поверхні земної кори – понад 19 км. Загалом гірські країни з висотами понад 820 м над у. м. займають приблизно 17% поверхні Землі, а решта території – менше 12%. Близько 58% земної поверхні посідає глибоководні (3–5 км) океанічні басейни, а 13% – на досить мілководний континентальний шельф і перехідні області. Бровка шельфу зазвичай розташована на глибині прибл. 200м.
Вкрай рідко безпосередніми дослідженнями можуть бути охоплені шари земної кори, розташовані глибше 1,5 км (як, наприклад, у золотоносних копальнях ПАР глибиною понад 3 км, нафтових свердловинах Техасу глибиною близько 8 км і найглибшої у світі – понад 12 км – Кольської бурової експериментальної свердловини). На основі вивчення цих та інших свердловин отримано велику кількість інформації про склад, температуру та інші властивості земної кори. Крім того, в районах інтенсивних тектонічних рухів, наприклад, у Великому Каньйоні р.Колорадо та в гірських країнах, вдалося скласти детальне уявлення про глибинній будовіземної кори.
Встановлено, що земна кора складається із твердих гірських порід. Виняток становлять привулканічні зони, де існують осередки розплавлених порід, або магми, що виливаються на поверхню у вигляді лави. Загалом породи земної кори приблизно на 75% складаються з кисню та кремнію та на 13% – з алюмінію та заліза. Поєднання цих та деяких інших елементів утворюють мінерали, що входять до складу гірських порід. Іноді в земній корі виявляються у значних концентраціях окремі хімічні елементи та мінерали, що мають важливе господарське значення. До них відносяться вуглець (алмази та графіт), сірка, руди золота, срібла, заліза, міді, свинцю, цинку, алюмінію та ін металів. Див. також мінеральні ресурси; мінерали та мінералогія.
Мантія- Оболонка «твердої» Землі, розташована під земною корою і тягнеться приблизно до глибини 2900 км. Вона поділяється на верхню (потужністю близько 900 км) і нижню (потужністю близько 1900 км) мантію і складається з щільних зеленувато-чорних залізо-магнієвих силікатів (перидотиту, дуніту, еклогіту). У разі поверхневих температур і тисків ці породи приблизно вдвічі жорсткіше, ніж граніт, але в великих глибинстають пластичними та повільно течуть. Завдяки розпаду радіоактивних елементів (особливо ізотопів калію та урану) мантія поступово нагрівається знизу. Іноді в процесі гороутворення блоки земної кори занурюються в мантійну речовину, де вони плавляться, а потім під час вулканічних вивержень разом з лавою виносяться на поверхню (іноді лава включає уламки перидотиту, дуніту та еклогіту).
У 1909 хорватський геофізик О.Мохоровичич встановив, що швидкість поширення поздовжніх сейсмічних хвильрізко збільшується на глибині прибл. 35 км під материками та 5–10 км – під океанічним дном. Цей рубіж відповідає кордону між земною корою та мантією та називається поверхнею Мохоровичича. Положення нижньої межі верхньої мантії менш виразне. Поздовжні хвилі, проникаючи в мантію, поширюються з прискоренням доти, доки досягнуть астеносфери, де рух сповільнюється. Нижня мантія, у якій швидкість цих хвиль знову збільшується, жорсткіша, ніж астеносфера, але дещо більш пружна, ніж верхня мантія.
ЯдроЗемлі ділиться на зовнішнє та внутрішнє. Перше починається приблизно на глибині 2900 км і має потужність бл. 2100 км. Кордон нижньої мантії та зовнішнього ядра відома як шар Гутенберга. У межах поздовжні хвилі сповільнюються, а поперечні взагалі поширюються. Це свідчить про те, що зовнішнє ядро ​​поводиться як рідина, оскільки поперечні хвиліне здатні поширюватися в рідкому середовищі. Вважають, що зовнішнє ядро ​​складається з розплавленого заліза, має щільність від 8 до 10 г/см 3 . Внутрішнє ядрорадіусом прибл. 1350 км сприймається як тверде тіло, т.к. швидкість поширення у ньому сейсмічних хвиль знову різко зростає. Внутрішнє ядро, мабуть, складається майже повністю з елементів, що мають дуже високу щільність – заліза та нікелю. Див. також геологія.
Гідросферає сукупність всіх природних вод на земній поверхні та поблизу неї. Її маса – не більше 0,03% маси всієї Землі. Майже 98% гідросфери становлять солоні води океанів і морів, що покривають прибл. 71% земної поверхні. Близько 4% припадає на материкові льоди, озерні, річкові та підземні води, трохи води міститься в мінералах та живій природі.
Чотири океани (Тихий – найбільший і найглибший, що займає майже половину земної поверхні, Атлантичний, Індійський та Північний Льодовитий) разом із морями утворюють єдину акваторію – Світовий океан. Проте океани нерівномірно розподілені Землі і дуже різняться по глибині. Місцями океани розділені лише вузькою смугою суші (наприклад, Атлантичний та Тихий – Панамським перешийком) або мілководними протоками (наприклад, Беринговою – Північний Льодовитий та Тихий океани). Підводним продовженням материків є досить мілководні континентальні шельфи, що займають великі площібіля берегів Північної Америки, східної Азії та північної Австралії та порожнистого спускаються до відкритому океану. Край шельфу (брівка) зазвичай різко обривається при переході до континентального схилу, спочатку круто падаючого, а потім поступово викладається в зоні континентального підніжжя, яке змінюється глибоководним ложем з середніми глибинами 3700-5500 м. Континентальний схил продовженням великих річкових долин. Річкові опади виносяться через ці каньйони та утворюють підводні конуси виносу на континентальному підніжжі. Глибоководні абісальні рівнини досягають тільки найтонші глинисті частинки. Ложе океану має нерівну поверхню і є поєднанням підводних плато і гірських хребтів, місцями увінчаних вулканічними горами (плосковершинні підводні гори називаються гайотами). У тропічних морях підводні гори завершуються кільцеподібними кораловими рифами, що утворюють атоли. По периферії Тихого океануі вздовж молодих острівних дуг Атлантичного та Індійських океанівє жолоби глибиною понад 11 км.
Морська вода є розчином, що містить в середньому 3,5% мінеральних речовин (її солоність зазвичай виражається в проміле, ‰). Основним компонентом морської водиє хлористий натрій, присутні також хлорид та сульфат магнію, сульфат кальцію, бромід натрію та ін. внутрішні морязавдяки надходженню величезної кількості прісної води мають меншу солоність (наприклад, максимальна солоність Балтійського моря 11‰), тоді як інші внутрішні моря та озера відрізняються дуже високою солоністю (Мертве море – 260–310‰, Велике Солоне озеро – 137–300‰) .
Атмосфера– повітряна оболонкаЗемлі, що складається з п'яти концентричних верств – тропосфери, стратосфери, мезосфери, термосфери та екзосфери. Реальна верхня межа атмосфери відсутня. Зовнішній шар, що починається приблизно на висоті 700 км, поступово розріджується та переходить у міжпланетний простір. Крім того, існує ще магнітосфера, що пронизує всі шари атмосфери і тягнеться далеко за її межі.
Атмосфера складається з суміші газів: азоту (78,08% її обсягу), кисню (20,95%), аргону (0,9%), діоксиду вуглецю (0,03%) та рідкісних газів – неону, гелію, криптону та ксенону (у сумі 0,01%). Майже всюди поблизу земної поверхні є водяна пара. В атмосфері міст та промислових районів виявляються підвищені концентрації сірчистого ангідриду, вуглекислого та чадного газів, метану, фтористого вуглецю та інших газів антропогенного походження Див. також забруднення повітря.
Тропосфера –шар атмосфери, де формується погода. У помірних широтах вона тягнеться приблизно до висоти 10 км. Її верхня межа, відома як тропопауза, на екваторі вище, ніж на полюсах. Є також сезонні зміни - влітку тропопауза розташовується трохи вище, ніж узимку. У межах тропопаузи відбувається циркуляція величезних мас повітря. Середня температура повітря у приземному шарі атмосфери прибл. 15 ° C. З висотою температура знижується приблизно на 0,6 ° на кожні 100 м висоти. Холодне повітря верхніх шаріватмосфери опускається, а теплий піднімається. Але під впливом обертання Землі навколо своєї осі та локальних особливостей розподілу тепла та вологи ця принципова схемациркуляції атмосфери зазнає змін. Найбільше сонячної теплової енергії надходить в атмосферу в тропіках та субтропіках, звідки в результаті конвекції теплі повітряні масипереносяться у високі широти, де втрачають тепло. Див. такожМЕТЕОРОЛОГІЯ І КЛІМАТОЛОГІЯ.
Стратосферарозташована в діапазоні від 10 до 50 км. над рівнем моря. Для неї характерні досить постійні вітри і температури (в середньому близько 50 ° С) і рідкісні хмари перламутрові, утворені кристалами льоду. Однак у верхніх шарах стратосфери температура підвищується. Сильні турбулентні потоки повітря, відомі під назвою струменевих течій, циркулюють навколо Землі у приполярних широтах та в екваторіальному поясі. Залежно від напрямку руху реактивних літаків, що літають у нижніх шарах стратосфери, струменеві течіїможуть становити небезпеку чи сприяти польотам. У стратосфері сонячна ультрафіолетова радіація та заряджені частинки (головним чином, протони та електрони) взаємодіють з киснем, продукуючи озон, іони кисню та азоту. Найбільш високі концентрації озону виявлені у нижній стратосфері.
Мезосфера- Шар атмосфери, розташований в інтервалі висот від 50 до 80 км. У її межах температура поступово знижується приблизно від 0 ° C біля нижньої межі до -90 ° С (іноді до -110 ° С) у верхньої межі - мезопаузи. Із середніми шарами мезосфери пов'язана нижня межа іоносфери, де електромагнітні хвилівідбиваються іонізованими частинками.
Область між 10 та 150 км іноді називається хемосферою, оскільки саме тут, головним чином у мезосфері, відбуваються фотохімічні реакції.
Термосфера- Високі шари атмосфери приблизно від 80 до 700 км, в яких підвищується температура. Оскільки атмосфера тут розріджена, теплова енергіямолекул – переважно кисню – низька, а температури залежить від часу доби, сонячної активності та інших чинників. У нічний час температури змінюються приблизно від 320 ° C у періоди мінімальної сонячної активності до 2200 ° C під час піків сонячної активності.
Екзосфера –верхній шар атмосфери, що починається на висотах бл. 700 км, де атоми та молекули знаходяться настільки далеко одні від інших, що стикаються дуже рідко. Це т.зв. критичний рівень, у якому атмосфера перестає поводитися як звичайний газ, а атоми і молекули переміщуються в гравітаційному полі Землі як супутники. У цьому шарі головними компонентами атмосфери є водень і гелій – легкі елементи, які зрештою випаровуються в космічний простір.
Здатність Землі утримувати атмосферу залежить від сили земного тяжіння та швидкості руху молекул повітря. Будь-який об'єкт, який віддаляється від Землі зі швидкістю менше ніж 8 км/с, повертається на неї під дією сили тяжіння. За швидкості 8–11 км/с об'єкт виводиться на навколоземну орбіту, а понад 11 км/с – долає земну гравітацію.
Багато частинок верхніх шарів атмосфери, що мають високою енергією, могли б швидко зникнути в космічний простір, якби не вловлювалися магнітним полем Землі (магнітосферою), яке захищає всі живі організми (в т.ч. і людини) від згубного впливу малоінтенсивного космічного випромінювання. Див. також атмосфера;міжзоряна речовина; космосу дослідження та використання.
ГЕОДИНАМІКА
Рухи земної кори та еволюція материків.Основні зміни лику Землі полягають у гороутворенні та зміні площі та обрисів материків, які під час формування піднімаються та опускаються. Наприклад, плато Колорадо площею 647,5 тис. км2, що колись розташовувалося на рівні моря, в даний час має середні абсолютні висоти бл. 2000 м, а нагір'я Тибету площею бл. 2 млн. км2 піднялося приблизно на 5 км. Такі масиви суші могли підніматися зі швидкістю прибл. 1 мм/рік. Після того, як закінчується гороутворення, починають діяти руйнівні процеси, головним чином водна та меншою мірою вітрова ерозія. Річки безперервно розмивають гірські породиі відкладають наноси нижче за течією. Наприклад, р. Міссісіпі щороку виносить у Мексиканська затокабл. 750 млн. т розчинених та твердих опадів.
Континентальна земна кора складена відносно легким матеріалом, тому материки, подібно до айсбергів, плавають у щільній мантії Землі. При цьому нижня, більша частина маси материків розташована нижче за рівень моря. Найбільш глибоко занурена в мантію земна кора у сфері гірських споруд, утворюючи т.зв. «коріння» гір. Коли гори руйнуються та видаляються продукти вивітрювання, ці втрати компенсуються новим зростанням гір. З іншого боку, перевантаження річкових дельт уламковим матеріалом, що надходить, є причиною їх постійного занурення. Така підтримка рівноважного стану зануреної нижче рівня моря і розташованої вище за нього частин материків зветься ізостазії.
Землетруси та вулканічна діяльність.В результаті рухів великих блоків земної поверхні в земній корі утворюються розломи і відбувається складкоутворення. Гігантська світова система розломів та скидів, відома як серединно-океанічний рифт, опоясує Землю протягом понад 65 тис. км. Для цього рифту характерні рухи вздовж розломів, землетрусу та сильний потік внутрішньої теплової енергії, що свідчить про те, що магма розташована поблизу Землі. До цієї системи належить і розлом Сан-Андреас у південній Каліфорнії, у якого під час землетрусів окремі блоки земної поверхні зміщуються на величину до 3 м по вертикалі. Тихоокеанське «вогняне кільце» та Альпійсько-Гімалайський гірський пояс – основні райони вулканічної активності, пов'язані з серединно-океанічним рифтом До першого з цих районів приурочено майже 2/3 з відомих приблизно 500 вулканів. Тут відбувається бл. 80% всіх землетрусів Землі. Іноді у нас на очах виникають нові вулкани, як, наприклад, вулкан Парікутін у Мексиці (1943) або Суртсей біля південних берегів Ісландії (1965).
Земні припливи.Цілком іншу природу мають періодичні деформації Землі із середньою амплітудою 10–20 см, відомі як земні припливи, частково зумовлені тяжінням Землі Сонцем та Місяцем. Крім того, точки небосхилу, в яких орбіта Місяця перетинає площину земної орбіти, здійснюють оберт навколо Землі з періодом 18,6 років. Цей цикл впливає стан «твердої» Землі, атмосфери і океану. Сприяючи збільшенню висоти припливів на континентальних шельфах, він може стимулювати сильні землетруси та вулканічні виверження. У помірних широтах це може призвести до підвищення швидкості деяких океанічних течій, наприклад Гольфстріму та Куросіо. Тоді їх теплі води почнуть суттєво впливати на клімат. Див. такожокеанічні течії; океан; Місяць; припливи та відливи.
Дрейф континентів.Хоча більшість геологів і вважало, що на суші та на дні океанів відбувається утворення розломів та формування складчастості, вважалося, що становище материків та океанічних западин суворо фіксовано. У 1912 німецький геофізик А.Вегенер припустив, що стародавні масиви суші розколювалися на частини і дрейфували, немов айсберги, пластичніше океанічної кори. Тоді ця гіпотеза не знайшла підтримки серед більшості геологів. Проте внаслідок досліджень глибоководних басейнів у 1950–1970-х роках було отримано незаперечні докази на користь гіпотези Вегенера. В даний час теорія тектоніки плит складає основу уявлень про еволюцію Землі.
Спредінг океанічного дна.Глибоководні магнітні зйомки океанічного дна показали, що древні вулканічні породи перекриті тонким плащем річкових наносів. Ці вулканічні породи, переважно базальти, у міру остигання у процесі еволюції Землі зберігали інформацію про геомагнітному полі. Оскільки, як було сказано вище, іноді полярність геомагнітного поля змінюється, базальти, що утворилися в різні епохи, мають намагніченість протилежного знака. Океанічне дно ділиться на смуги, виконані породами, що розрізняються знаком намагніченості. Паралельні смуги, розташовані по обидва боки від серединно-океанічних хребтів, симетричні за шириною та напрямом напруженості магнітного поля. Найближче до гребеня хребта розташовуються наймолодші формації, оскільки репрезентують свіжовивержену базальтову лаву. Вчені вважають, що гарячі розплавлені породи піднімаються по тріщинах вгору і розтікаються по обидва боки від осі хребта (цей процес можна порівняти з двома конвеєрними стрічками, що рухаються в протилежних напрямках), причому на поверхні хребтів чергуються смуги, що мають протилежну намагніченість. Вік будь-якої смуги морського дна може бути визначений з великою точністю. Ці дані розглядаються як надійні свідчення на користь спредінгу (розширення) океанічного дна.
Тектоніка плити.Якщо дно океану розширюється в шовній зоні серединно-океанічного хребта, це означає, що поверхня Землі збільшується, або є райони, де океанічна кора зникає і занурюється в астеносферу. Такі райони, звані зонами субдукції, дійсно були виявлені в поясі, що облямовує Тихий океан, і в переривчастій смузі, що простягається від Південно-Східної Азії до Середземномор'я. Всі ці зони приурочені до глибоководних жолобів, що оперізують острівні дуги. Більшість геологів вважає, що на поверхні Землі є кілька жорстких літосферних плит, які плавають по астеносфері. Плити можуть ковзати одна щодо іншої, або одна може занурюватися під іншу в зоні субдукції. Єдина модель тектоніки плит дає найкраще пояснення розподілу великих геологічних структур та зон тектонічної активності, а також зміну взаємного розташуванняматериків.
Сейсмічні зони.Серединно-океанічні хребти та зони субдукції є поясами частих сильних землетрусівта вулканічних вивержень. Ці райони з'єднані протяжними лінійними розломами, що простежуються по всьому земній кулі. Землетруси приурочені до розломів і дуже рідко трапляються у будь-яких інших областях. У напрямку материків епіцентри землетрусів розташовуються дедалі глибше. Цей факт дає пояснення механізму субдукції: океанічна плита, що розширюється, пірнає під вулканічний пояс під кутом ок. 45 °. У міру «слизання» океанічна кора плавиться, перетворюючись на магму, яка через тріщини виливається у вигляді лави на поверхню.
Гороутворення.Там, де стародавні океанічні западини знищуються в процесі субдукції, відбувається зіткнення материкових плит між собою або осколками плит. Як це трапляється, земна кора сильно стискається, формується надвиг, а потужність кори збільшується майже вдвічі. У зв'язку з ізостазією зім'ята в складки зона відчуває підйом і таким чином народжуються гори. Пояс гірських споруд альпійського етапу складчастості простежується вздовж узбережжя Тихого океану та в Альпійсько-Гімалайській зоні. У цих районах численні зіткнення літосферних плит та підйом території почалися прибл. 50 млн років тому. Стародавніші гірські системи, Як, наприклад, Аппалачі, мають вік понад 250 млн. років, але в даний час вони настільки зруйновані і згладжені, що втратили типовий гірський вигляд і перетворилися на майже рівну поверхню. Однак, оскільки їхнє «коріння» занурене в мантію і плаває, вони зазнавали неодноразового піднесення. І все-таки згодом такі древні гори перетворяться на рівнини. Більшість геологічних процесів проходять через стадії молодості, зрілості та старості, але зазвичай такий цикл займає дуже тривалий час.
Розподіл тепла та вологи.Взаємодія гідросфери та атмосфери контролює розподіл тепла та вологи на земній поверхні. Співвідношення суші та моря значною мірою визначає характер клімату. Коли збільшується поверхня суші, відбувається похолодання. Нерівномірний розподіл суші і моря в даний час є передумовою для розвитку заледеніння.
Найбільше тепла поверхню Землі та атмосфера одержують від Сонця, яке протягом усього часу існування нашої планети майже з однаковою інтенсивністю випромінює теплову та світлову енергію. Атмосфера оберігає Землю від надто швидкого повернення цієї енергії у космос. Близько 34% сонячної радіації втрачається через відображення хмар, 19% поглинається атмосферою і лише 47% досягає земної поверхні. Сумарний приплив сонячної радіації до верхньої межі атмосфери дорівнює віддачі радіації з цього кордону до космічного простору. Внаслідок цього встановлюється тепловий баланс системи «Земля – атмосфера».
Поверхня суші та повітря приземного шару швидко нагріваються вдень і досить швидко втрачають тепло вночі. Якби у верхній тропосфері були відсутні уловлювальні тепло шари, амплітуда коливань добових температур могла бути набагато більше. Наприклад, Місяць отримує від Сонця приблизно стільки ж тепла, скільки і Земля, але, оскільки Місяць не має атмосфери, температури її поверхні вдень підвищуються приблизно до 101 ° C, а вночі знижуються до -153 ° C.
Океани, температура води яких змінюється набагато повільніше, ніж температура земної поверхні чи повітря, надають на клімат сильний пом'якшувальний вплив. Вночі та взимку повітря над океанами остигає значно повільніше, ніж над сушею, а якщо океанічні повітряні маси переміщуються над материками, це призводить до потепління. І навпаки, вдень та влітку морський бриз охолоджує сушу.
Розподіл вологи на земній поверхні визначається кругообігом води в природі. Кожну секунду в атмосферу, головним чином поверхні океанів, випаровується величезна кількість води. Вологе океанічне повітря, проносячись над материками, охолоджується. Потім волога конденсується та повертається на земну поверхню у формі дощу або снігу. Частково вона зберігається у сніговому покриві, річках та озерах, а частково повертається до океану, де знову відбувається випаровування. Таким чином, завершується гідрологічний цикл.
Океанічні течії є потужним терморегулюючим механізмом Землі. Завдяки їм у тропічних океанічних районах підтримується рівномірна помірна температураі теплі води переносяться до більш холодних високоширотних регіонів.
Оскільки вода відіграє істотну роль в ерозійних процесах, вона цим впливає на рухи земної кори. А будь-який перерозподіл мас, обумовлений такими рухами в умовах обертається навколо своєї осі Землі, здатний, у свою чергу, зробити внесок у зміну положення земної осі. Під час льодовикових епохрівень моря знижується, оскільки вода акумулюється в льодовиках. Це, у свою чергу, призводить до розростання материків та збільшення кліматичних контрастів. Скорочення річкового стоку та зниження рівня Світового океану перешкоджають досягненню теплими океанічними течіями холодних регіонів, що веде до подальших кліматичних змін.
РУХ ЗЕМЛІ
Земля обертається навколо своєї осі та обертається навколо Сонця. Ці рухи ускладнюються за рахунок гравітаційного впливу інших об'єктів Сонячної системи, що є частиною нашої Галактики (рис. 6). Галактика обертається навколо свого центру, отже, і Сонячна система разом із Землею залучені до цього руху.
Обертання навколо власної осі.Земля здійснює один оберт навколо осі за 23 год 56 хв 4,09 с. Обертання відбувається із заходу Схід, тобто. проти годинникової стрілки (якщо дивитись із боку Північного полюса). Тому здається, що Сонце та Місяць сходять на сході та заходять на заході. Земля здійснює приблизно 365 1/4 обороту за час одного витка навколо Сонця, що становить один рік або займає 365 1/4 діб. Оскільки на кожен такий виток, крім цілої доби, додатково витрачається ще чверть доби, кожні чотири роки до календаря додається один день. Гравітаційне тяжіння Місяця поступово уповільнює обертання Землі та подовжує добу приблизно на 1/1000 з кожне століття. За геологічними даними, темпи обертання Землі могли змінюватись, але не більше ніж на 5%.
Звернення Землі навколо Сонця.Земля обертається навколо Сонця еліптичною орбітою, близькою до кругової, у напрямку із заходу на схід зі швидкістю бл. 107 000 км/год. Середня відстань до Сонця 149 598 тис. км, а різниця між найбільшою та найменшою відстанню 4,8 млн. км. Ексцентриситет (відхилення від кола) земної орбіти змінюється дуже мало протягом циклу тривалістю 94 тис. років. Зміни відстані до Сонця, як вважають, сприяють формуванню складного кліматичного циклу, з окремими етапами якого пов'язане наступ і відступ льодовиків під час льодовикових періодів. Ця теорія, розвинена югославським математиком М.Міланковичем, підтверджується геологічними даними.
Вісь обертання Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66°33", завдяки чому відбувається зміна пір року. Коли Сонце знаходиться над Північним тропіком (23°27" пн.ш.), у Північній півкулі починається літо, при цьому Земля розташовується далі за все від сонця. У Південній півкулі літо починається, коли Сонце піднімається над Південним тропіком (23 ° 27 "пд.ш.). У цей час у Північній півкулі починається зима.
Прецесія.Тяжіння Сонця, Місяця та інших планет не змінює кута нахилу земної осі, але призводить до того, що він переміщається по круговому конусу. Це рух називається прецесією. В даний час Північний полюс спрямований на Полярну зірку. Повний цикл прецесії становить прибл. 25 800 років і робить істотний внесок у кліматичний цикл, про який писав Міланкович.
Двічі на рік, коли Сонце знаходиться безпосередньо над екватором, і двічі на місяць, коли аналогічним чином розташований Місяць, тяжіння, яке зумовлює прецесію, зменшується до нуля і відбувається періодичне збільшення та зниження темпів прецесії. Такий коливальний рух земної осі відомий як нутація, яка досягає максимуму кожні 18,6 років. Ця періодичність за впливом на клімат займає друге місце після зміни пір року.
Система Земля – Місяць.Земля та Місяць пов'язані взаємним тяжінням. Загальний центр тяжкості, що називається центром мас, розташований на лінії, що з'єднує центри Землі та Місяця. Оскільки маса Землі майже в 82 рази більша за масу Місяця, центр мас цієї системи розташований на глибині понад 1600 км від поверхні Землі. І Земля, і Місяць роблять оберт навколо цієї точки за 27,3 діб. Оскільки вони обертаються навколо Сонця, центр мас визначає згладжений еліпс, хоча кожне з цих тіл має хвилясту траєкторію.
Інші форми руху.У межах Галактики Земля та інші об'єкти Сонячної системи переміщуються зі швидкістю прибл. 19 км/с у напрямку зірки Вега. Крім того, Сонце та інші сусідні зірки звертаються навколо центру Галактики зі швидкістю прибл. 220 км/с. У свою чергу наша Галактика входить до складу невеликої локальної групи галактик, яка, у свою чергу, є частиною гігантського скупчення галактик.
ЛІТЕРАТУРА
Магніцький В.А. Внутрішня будова та фізика Землі. М., 1965
Вернадський В.І.

ВОДОРОД
Н (Лат. Hydrogenium),
найлегший газоподібний хімічний елемент - член IA підгрупи періодичної системиелементів, іноді його відносять до підгрупи VIIA. У земній атмосферіводень у незв'язаному стані існує лише частки хвилини, його кількість становить 1-2 частини на 1500000 частин повітря. Він виділяється зазвичай коїться з іншими газами при виверженнях вулканів, з нафтових свердловин й у місцях розкладання великих кількостей органічних речовин. Водень з'єднується з вуглецем та (або) киснем в органічній речовині типу вуглеводів, вуглеводнів, жирів та тварин білків. У гідросфері водень входить до складу води - найбільш поширеної сполуки Землі. У породах, ґрунтах, ґрунтах та інших частинах земної кори водень з'єднується з киснем, утворюючи воду та гідроксид-іон OH-. Водень становить 16% всіх атомів земної кори, але за масою лише близько 1%, оскільки він у 16 ​​разів легший за кисень. Маса Сонця та зірок на 70% складається з водневої плазми: у космосі це найпоширеніший елемент. Концентрація водню в атмосфері Землі зростає з висотою завдяки його низькій щільності та здатності підніматися на великі висоти. Виявлені на Землі метеорити містять 6-10 атомів водню на 100 атомів кремнію.
Історична довідка.Ще німецький лікар та природознавець Парацельс у 16 ​​ст. встановив горючість водню. У 1700 р. Н.Лемері виявив, що газ, що виділяється при дії сірчаної кислоти на залізо, вибухає на повітрі. Водень як елемент ідентифікував Г.Кавендіш у 1766 р. і назвав його "горючим повітрям", а в 1781 р. він довів, що вода - це продукт його взаємодії з киснем. Латинське hydrogenium, яке походить від грецького поєднання "що народжує воду", було присвоєно цьому елементу А. Лавуазьє.
Загальна характеристика водню.Водень - це перший елемент у періодичній системі елементів; його атом складається з одного протона і одного електрона, що обертається навколо нього.
(Див. також ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ).
Один із 5000 атомів водню відрізняється наявністю в ядрі одного нейтрону, що збільшує масу ядра з 1 до 2. Цей ізотоп водню називають дейтерієм 21H або 21D. Інший, більш рідкісний ізотоп водню містить два нейтрони в ядрі і називається тритієм 31H або 31T. Тритій радіоактивний і розпадається з виділенням гелію та електронів. Ядра різних ізотопів водню відрізняються спинами протонів. Водень може бути отриманий а) дією активного металу на воду; б) дією кислот на певні метали; в) дією основ на кремній та деякі амфотерні метали; г) дією перегрітої пари на вугілля та метан, а також на залізо; води та термічним розкладанням вуглеводнів. Хімічна активність водню визначається його здатністю віддавати електрон іншому атому або узагальнювати його майже порівну з іншим елементами при утворенні хімічного зв'язку або приєднувати електрон іншого елемента в хімічній сполукі, яка називається гідридом. Водень, що виробляється промисловістю, у величезних кількостях витрачають на синтез аміаку, азотної кислоти, гідридів металів. Харчова промисловість застосовує водень для гідрогенізації рідких рослинних олійу тверді жири (наприклад, маргарин). При гідруванні насичені органічні олії, що містять подвійні зв'язки між вуглецевими атомами, перетворюються на насичені, що мають одинарні вуглець-вуглецеві зв'язки. Високочистий (99,9998%) рідкий водень використовується в космічних ракетах як високоефективне паливо.
Фізичні властивості.Для зрідження та затвердіння водню потрібні дуже низькі температури та високий тиск (див. таблицю властивостей). У нормальних умовах водень - безбарвний газ, без запаху та смаку, дуже легкий: 1 л водню при 0° C та атмосферному тиску має масу 0,08987 г (пор. щільність повітря та гелію 1,2929 та 0,1785 г/л відповідно тому повітряна куля, наповнений гелієм і має таку ж підйомну силу, як і повітряна куля з воднем, повинен мати на 8% більший об'єм). У таблиці наведено деякі фізичні та термодинамічні властивості водню. ВЛАСТИВОСТІ ЗВИЧАЙНОГО ВОДОРОДУ
(При 273,16 К, або 0 ° С)
Атомний номер 1 Атомна маса 11Н 1,00797 Щільність, г/л

при нормальному тиску 0,08987 при 2,5*10 5 атм 0,66 при 2,7*10 18 атм 1,12*10 7

у воді, об'єм/100 об'ємів H2O (за стандартних умов) 2,148 в бензолі, мл/г (35,2° С, 150,2 атм) 11,77 в аміаку, мл/г (25° С) при 50 атм 4 ,47 при 1000 атм 79,25

Неметали утворюють леткі гідриди загальної формули MHx (х - ціле число) з відносно низькою температурою кипіння та високим тиском парів. Ці гідриди суттєво відрізняються від сольових гідридів, у яких водень має негативніший заряд. У летких гідридів (наприклад, вуглеводнів) переважає ковалентний зв'язок між неметалами та воднем. У міру посилення неметалічного характеру утворюються сполуки з частково іонним зв'язком, наприклад, H+Cl-, (H2)2+O2-, N3-(H3)3+. Окремі приклади утворення різних гідридів наведені нижче (у дужках вказано теплоту утворення гідриду):

Ізомерія та ізотопи водню.Атоми ізотопів водню несхожі. Звичайний водень, протий, завжди є протон, навколо якого обертається один електрон, що знаходиться від протона на величезній відстані(щодо розмірів протону). Обидві частинки мають спином, тому атоми водню можуть відрізнятися або спином електрона, або спином протона, або тим, і іншим. Водневі атоми, що відрізняються спином протона чи електрона, називаються ізомерами. Комбінація двох атомів із паралельними спинами призводить до утворення молекули "ортоводороду", а з протилежними спинами протонів - до молекули "параводню". Хімічно обидві молекули ідентичні. Ортоводень має дуже слабкий магнітний момент. При кімнатній або підвищеній температурі обидва ізомери, ортоводород і параводень, зазвичай знаходяться в рівновазі у співвідношенні 3:1. При охолодженні до 20 K (-253° C) вміст параводню зростає до 99%, оскільки він більш стабільний. При зрідженні методами промислового очищення ортоформа перетворюється на параформу із теплоти, що спричиняє втрат водню від випаровування. Швидкість конверсії ортоформи параформу зростає в присутності каталізатора, наприклад деревного вугілля, оксиду нікелю, оксиду хрому, нанесеного на глинозем. Протий – незвичайний елемент, тому що в ядрі його немає нейтронів. Якщо в ядрі з'являється нейтрон, такий водень називається дейтерій 21D. Елементи з однаковою кількістю протонів та електронів та різною кількістюнейтрони називаються ізотопами. Природний водень містить невелику частку HD та D2. Аналогічно, природна вода містить у малій концентрації (менше 0,1%) DOH та D2O. Тяжка вода D2O, що має масу більше, ніж у H2O, відрізняється за фізичними та хімічними властивостями, наприклад, щільність звичайної води 0,9982 г/мл (20° С), а важкої - 1,105 г/мл, температура плавлення звичайної води 0, 0° С, а важкої - 3,82° С, температура кипіння - відповідно 100° С та 101,42° С. Реакції за участю D2O протікають із меншою швидкістю (наприклад, електроліз природної води, що містить домішка D2O, з добавкою лугу NaOH). Швидкість електролітичного розкладання оксиду протию H2O більша, ніж D2O (з урахуванням постійного зростаннячастки D2O, що піддається електролізу). Завдяки близькості властивостей протию та дейтерію можна замінювати протий на дейтерій. Такі сполуки відносяться до так званих міток. Змішуючи сполуки дейтерію із звичайною водневмісною речовиною, можна вивчати шляхи, природу та механізм багатьох реакцій. Таким методом користуються вивчення біологічних і біохімічних реакцій, наприклад процесів травлення. Третій ізотоп водню, тритій (31T), присутній у природі у кількостях. На відміну від стабільного дейтерію тритій радіоактивний та має період напіврозпаду 12,26 років. Тритій розпадається до гелію (32He) із виділенням b-частки (електрона). Тритій та тритиди металів використовують для отримання ядерної енергії; наприклад, у водневій бомбі відбувається наступна реакція термоядерного синтезу: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17,6 МеВ
Одержання водню.Найчастіше подальше застосування водню визначається характером виробництва. У деяких випадках, наприклад, при синтезі аміаку, невеликі кількості азоту у вихідному водні, звичайно, не є шкідливою домішкою. Домішка оксиду вуглецю(II) також не буде на заваді, якщо водень використовують як відновник. 1. Найбільше виробництво водню засноване на каталітичній конверсії вуглеводнів з водяною парою за схемою CnH2n+2+nH2O(r)nCO+(2n+1)H2 та CnH2n+2+2nH2O(r)nCO2+(3n+1)H2. Температура процесу залежить від складу каталізатора. Відомо, що температуру реакції з пропаном можна знизити до 370° З, використовуючи як каталізатор боксит. До 95% виробленого при цьому CO витрачається при подальшій реакції з парами води: H2O + CO -> CO2 + H2
2. Метод водяного газу дає значну частину загального виробництва водню. Сутність методу полягає в реакції водяної пари з коксом з утворенням суміші CO і H2. Реакція ендотермічна (DH° = 121,8 кДж/моль) і її проводять при 1000° С. Нагрітий кокс обробляють парою; очищена газова суміш, що виділяється, містить деяку кількість водню, великий відсоток CO і невелику домішок CO2. Для підвищення виходу H2 монооксид CO видаляють подальшої парової обробки при 370° C, при цьому виходить більше CO2. Вуглекислий газ досить легко видалити, пропускаючи газову суміш через скрубер, зрошуваний водою протитечією. 3. Електроліз. У електролітичному процесі водень є практично побічним продуктом виробництва основних продуктів - хлору та лугу (NaOH). Електроліз проводять у слаболужному водному середовищі при 80° C і напрузі близько 2В, використовуючи залізний катод та нікелевий анод:

4. Залізо-паровий метод, яким пар при 500-1000° C пропускають над залізом: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 кДж. Отриманий цим методом водень зазвичай використовують для гідрогенізації жирів та олій. Склад оксиду заліза залежить від температури процесу; при nC+(n+1)H2
6. Наступним за обсягом виробництва є метанол-паровий метод: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. Реакція ендотермічна та її проводять при ВОДОРОД260° C у звичайних сталевих реакторах при тиску до 20 атм. 7. Каталітичне розкладання аміаку: 2NH3 -> Реакція оборотна.За невеликих потреб у водні цей процес неекономічний. Існують також різноманітні способи одержання водню, які, хоч і не мають великого промислового значення, в деяких випадках можуть виявитися економічно найбільш вигідними. Дуже чистий водень виходить при гідролізі очищених гідридів лужних металів; при цьому з малої кількості гідриду утворюється багато водню: LiH + H2O -> LiOH + H2
(Цей метод зручний при безпосередньому застосуванніодержуваного водню.) При взаємодії кислот з активними металами також виділяється водень, проте при цьому він зазвичай забруднений парами кислоти або іншим газоподібним продуктом, наприклад, фосфіном PH3, сірководнем H2S, арсином AsH3. Найбільш активні метали, реагуючи з водою, витісняють водень і утворюють лужний розчин: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH Поширений лабораторний метод отримання H2 в апараті Кіппа за реакцією цинку із соляною або сірчаною кислотою:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Гіридиди лужноземельних металів (наприклад, CaH2), комплексні сольові гідриди (наприклад, LiAlH4 або NaBH4) та деякі бороводні (наприклад, B2H6) при реакції з водою або в процесі термічної дисоціації виділяють водень. Буре вугілля та пара при високій температурі також взаємодіють з виділенням водню.
Очищення водню.Ступінь необхідної чистоти водню визначається його сферою застосування. Домішку вуглекислого газу видаляють виморожуванням або зрідженням (наприклад, пропускаючи газоподібну суміш через рідкий азот). Цю домішку можна повністю видалити барботуванням через воду. CO може бути видалений каталітичним перетворенням на CH4 або CO2 або зрідженням при обробці рідким азотом. Домішка кисню, що утворюється у процесі електролізу, видаляється як води після іскрового розряду.
Застосування водню.Водень застосовується головним чином у хімічної промисловостідля виробництва хлороводню, аміаку, метанолу та інших органічних сполук. Він використовується при гідрогенізації олій, а також вугілля та нафти (для перетворення низькосортних видів палив у високоякісні). У металургії за допомогою водню відновлюють деякі кольорові метали з оксидів. Водень використовують для охолодження потужних електрогенераторів. Ізотопи водню знаходять застосування в атомній енергетиці. Воднево-кисневе полум'я застосовується для різання та зварювання металів.
ЛІТЕРАТУРА
Некрасов Б.В. Основи загальної хімії. М., 1973 Рідкий водень. М., 1980 Водень у металах. М., 1981

Енциклопедія Кольєра. - Відкрите суспільство. 2000 .

Дивитись що таке "ВОДОРОД" в інших словниках:

Таблиця нуклідів Загальні відомостіНазва, символ Водень 4, 4H Нейтронів 3 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 4,027810(110) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 5, 5H Нейтронів 4 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 5,035310(110) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 6, 6H Нейтронів 5 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 6,044940(280) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 7, 7H Нейтронів 6 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 7,052750(1080) … Вікіпедія

МІНСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ДИЗАЙНУ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

Реферат

з дисципліни: Хімія

Тема: «Водень та його сполуки»

Підготувала:учня Iкурсу343 групи

Віскуп Олена

Перевірив:Аляб'єва Н.В.

Мінськ 2009

Будова атома водню у періодичній системі

Ступені окислення

Поширеність у природі

Водень як проста речовина

З'єднання водню

Список літератури

Будова атома водню у періодичній системі

Перший елемент періодичної системи (1-й період, порядковий номер 1). Не має повної аналогії з іншими хімічними елементами і не належить до жодної групи, тому в таблицях умовно міститься в IА групу та/або VIIA-групу.

Атом водню найменший за розмірами та найлегший серед атомів усіх елементів. Електронна формула атома 1s 1 . Звичайна форма існування елемента у вільному стані – двоатомна молекула.

Ступені окислення

Атом водню в сполуках з більш електронегативними елементами виявляє ступінь окислення +1, наприклад HF, H 2 O та ін. А в сполуках з металами-гідридами - ступінь окислення атома водню дорівнює -1, наприклад NaH, CaH 2 та ін. середнім між типовими металами та неметалами. Здатний каталітично відновлювати в органічних розчинниках, таких як оцтова кислотаабо спирт, багато органічних сполук: ненасичені сполуки до насичених, деякі сполуки натрію до аміаку або амінів.

Поширеність у природі

Природний водень складається з двох стабільних ізотопів - протию 1 Н, дейтерію 2 Н і тритію 3 Н. По-іншому дейтерій позначають як D, а тритій як Т. Можливі різні комбінації, наприклад НТ, HD, TD, H 2 , D 2 , T 2 . Водень більше поширений у природі як різних з'єднаньз сіркою (H 2 S), киснем (у вигляді води), вуглецем, азотом та хлором. Рідше як сполук з фосфором, йодом, бромом та іншими елементами. Входить до складу всіх рослинних і тваринних організмів, нафти, вугілля, природного газу, ряду мінералів і порід. У вільному стані зустрічається дуже рідко у невеликих кількостях – у вулканічних газах та продуктах розкладання органічних залишків. Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті (близько 75%). Він входить до складу Сонця та більшості зірок, а також планет Юпітера та Сатурна, які в основному складаються з водню. На окремих планетах водень може існувати у твердому вигляді.

Водень як проста речовина

Молекула водню складається з двох атомів, пов'язаних між собою ковалентним неполярним зв'язком. Фізичні властивості- газ без кольору та запаху. Швидше за інші гази поширюється в просторі, проходить через дрібні пори, при високих температурах порівняно легко проникає крізь сталь та інші матеріали. Має високу теплопровідність.

Хімічні властивості. У звичайному стані за низьких температур малоактивний, без нагрівання реагує з фтором і хлором (за наявності світла).

З неметалами взаємодіє активніше, ніж із металами.

При взаємодії з різними речовинамиможе виявляти як окисні, так і відновлювальні властивості.

З'єднання водню

Однією з сполук водню є галогени. Вони утворюються при з'єднанні водню з елементами групи VIIA. HF, HCl, HBr і HI є безбарвними газами, добре розчинними у воді.

Оскільки HBr і HI типові відновники, їх можна одержати по обмінної реакції як HCl.

CaF 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2HF

Вода - найпоширеніша у природі сполука водню.

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О

Немає ні кольору, ні смаку, ні запаху. Дуже слабкий електроліт, але активно реагує з багатьма металами та неметалами, основними та кислотними оксидами.

2Н 2 Про+2Na = 2NaOH + H 2

Н 2 Про + BaO = Ba(OH) 2

3Н 2 О + P 2 O 5 = 2H 3 PO 4

Тяжка вода (D 2 O) – ізотопний різновид води. Розчинність речовин у важкій воді значно менша ніж у звичайній. Тяжка вода отруйна, тому що уповільнює біологічні процеси в живих організмах. Накопичується в залишку електролізу при багаторазовому електролізі води. Використовується як теплоносій та сповільнювач нейтронів у ядерних реакторах.

Гідриди – взаємодія водню з металами (при високій температурі) чи менш електронегативними ніж водень неметалами.

Si + 2H 2 =SiH 4

Сам же водень було відкрито першій половині 16в. Парацельс. У 1776 р. Кавендіш вперше досліджував його властивості, у 1783-1787 А. Лавуазьє показав, що водень входить до складу води, включив його до списку хімічних елементів і запропонував назву гідроген.

Список літератури

1. М.Б. Волович, О.Ф. Кабардін, Р.А. Лідін, Л.Ю. Алікберова, В.С. Рохлов, В.Б. Пятунін, Ю.А. Сімагін, С.В Симонович/Довідник школяра/Москва «АСТ-ПРЕС КНИГА» 2003.

2. І.Л. Кнуняц /Хімічна енциклопедія/Москва «Радянська енциклопедія»1988

3. І.Є. Шиманович /Хімія 11/Мінськ «Народна освіта»2008

4. Ф.Коттон, Дж. Вілкінсон / Сучасна неорганічна хімія / Москва "Світ" 1969

Водень

ВОДОРОД-а; м.Хімічний елемент (H), легкий газ без кольору та запаху, що утворює у поєднанні з киснем воду.

◁ Водневий, -а, -е. Перші сполуки. Перші бактерії. В-а бомба(бомба величезної руйнівної сили, вибухова дія якої ґрунтується на термоядерній реакції). Водневий, -а, -ое.

(Лат. Hydrogenium), хімічний елемент VII групи періодичної системи. У природі зустрічаються два стабільні ізотопи (протий і дейтерій) і один радіоактивний (тритій). Молекула двоатомна (Н2). Газ без кольору та запаху; густина 0,0899 г/л, tстос - 252,76°C. Поєднується з багатьма елементами, з киснем утворює воду. Найпоширеніший елемент космосу; становить (у вигляді плазми) понад 70% маси Сонця та зірок, основна частина газів міжзоряного середовища та туманностей. Атом водню входить до складу багатьох кислот та основ, більшості органічних сполук. Застосовують у виробництві аміаку, соляної кислоти, для гідрогенізації жирів та ін, при зварюванні та різанні металів. Перспективний як пальне (див. Воднева енергетика).

ВОДОРОД (лат. Hydrogenium), H, хімічний елемент з атомним номером 1, атомна маса 1,00794. Хімічний символ водню Н читається нашій країні «аш», як вимовляється ця літера французькою.
Природний водень складається із суміші двох стабільних нуклідів. (див.НУКЛІД)з масовими числами 1,007825 (99,985 % у суміші) та 2,0140 (0,015 %). Крім того, у природному водні завжди присутні мізерні кількості радіоактивного нукліду - тритію (див.ТРІТІЙ) 3 Н (період напіврозпаду Т 1/2 12,43 року). Так як в ядрі атома водню міститься лише 1 протон (менше в ядрі атома елемента протонів бути не може), то іноді кажуть, що водень утворює природну нижню межу періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва (хоча сам елемент водень розташований у верхній частині таблиці). Елемент водень розташований у першому періоді таблиці Менделєєва. Його відносять і до 1-ї групи (групи ІА лужних металів. (див.ЛУЖНІ МЕТАЛИ)), і до 7-ї групи (групі VIIA галогенів (див.ГАЛОГЕНИ)).
Маси атомів у ізотопів водню різняться між собою дуже сильно (в рази). Це призводить до помітних відмінностей у їх поведінці у фізичних процесах (дистиляція, електроліз та ін) і до певних хімічних відмінностей (відмінності у поведінці ізотопів одного елемента називають ізотопними ефектами, для водню ізотопні ефекти є найбільш суттєвими). Тому на відміну від ізотопів решти елементів ізотопи водню мають спеціальні символи і назви. Водень з масовим числом 1 називають легким воднем або протиєм (лат. Protium, від грецького protos - перший), позначають символом Н, а його ядро ​​називають протоном (див.ПРОТОН (елементарна частка), символ нар. Водень з масовим числом 2 називають важким воднем, дейтерієм (див.ДЕЙТЕРІЙ)(лат Deuterium, від грецького deuteros – другий), для його позначення використовують символи 2 Н, або D (читається «де»), ядро ​​d – дейтрон. Радіоактивний ізотоп з масовим числом 3 називають надважким воднем, або тритієм (лат. Tritum, від грецького tritos - третій), символ 2 Н або Т (читається "ті"), ядро ​​t - тритон.
Конфігурація єдиного електронного шару нейтрального незбудженого атома водню s 1 . У сполуках виявляє ступеня окиснення +1 і, рідше, -1 (валентність I). Радіус нейтрального атомаводню 0,024 нм. Енергія іонізації атома 13,595 еВ, спорідненість до електрона 0,75 еВ. За шкалою Полінг електронегативність водню 2,20. Водень належить до неметалів.
У вільному вигляді- легкий горючий газ без кольору, запаху та смаку.
Історія відкриття
Виділення пального газу при взаємодії кислот і металів спостерігали в 16 і 17 століттях на зорі становлення хімії як науки. Знаменитий англійський фізик та хімік Г. Кавендіш (див.Кавендіш Генрі) 1766 року досліджував цей газ і назвав його «горючим повітрям». При спалюванні «горюче повітря» давало воду, але відданість Кавендіша теорії флогістону (див.Флогістон)завадила йому зробити правильні висновки. Французький хімікА. Лавуазьє (див.Лавуазье Антуан Лоран)спільно з інженером Ж. Меньє (див.МЕНЬЄ Жан Батіст Марі Шарль), використовуючи спеціальні газометри, в 1783 р. здійснив синтез води, а потім і її аналіз, розклавши водяну пару розпеченим залізом. Таким чином він встановив, що «горюче повітря» входить до складу води і може бути отримано з неї. У 1787 Лавуазьє дійшов висновку, що «горюче повітря» є простою речовиною, і, отже, належить до хімічних елементів. Він дав йому назву hydrogene (від грецького hydor – вода і gennao – народжую) – «що народжує воду». Встановлення складу води поклало край «теорії флогістону». Російське найменування«водень» запропонував хімік М. Ф. Соловйов (див.СОЛОВ'ЄВ Михайло Федорович)в 1824. На рубежі 18 і 19 століть було встановлено, що атом водню дуже легкий (порівняно з атомами інших елементів), і вага (маса) атома водню була прийнята за одиницю порівняння атомних мас елементів. Масі атома водню приписали значення 1.
Знаходження у природі
На частку водню припадає близько 1% маси земної кори (10 місце серед усіх елементів). У вільному вигляді водень нашій планеті мало зустрічається (його сліди є у верхніх шарах атмосфери), але у складі води поширений Землі майже повсюдно. Елемент водень входить до складу органічних та неорганічних сполукживих організмів, природного газу, нафти, кам'яного вугілля. Він міститься, зрозуміло, у складі води (близько 11% за масою), у різних природних кристалогідратах і мінералах, у складі яких є одна або кілька гідроксогруп ВІН.
Водень як елемент домінує у Всесвіті. На його частку припадає близько половини маси Сонця та інших зірок, він присутній у атмосфері низки планет.
Отримання
Водень можна отримати багатьма способами. У промисловості для цього використовують природні гази, а також гази, що отримуються під час переробки нафти, коксування та газифікації вугілля та інших палив. При виробництві водню з природного газу (основний компонент - метан) проводять його каталітичну взаємодію з водяною парою та неповне окислення киснем:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 і CH 4 + 1/2 O 2 = CO 2 + 2H 2
Виділення водню з коксового газу та газів нафтопереробки засноване на їх зрідженні при глибокому охолодженні та видаленні із суміші газів, що скраплюються легше, ніж водень. За наявності дешевої електроенергії водень одержують електролізом води, пропускаючи струм через розчини лугів. У лабораторних умовах водень легко отримати взаємодією металів із кислотами, наприклад, цинку із соляною кислотою.
Фізичні та Хімічні властивості
За звичайних умов водень - легкий (щільність за нормальних умов 0,0899 кг/м 3 ) безбарвний газ. Температура плавлення –259,15 °C, температура кипіння –252,7 °C. Рідкий водень (при температурі кипіння) має щільність 70,8 кг/м 3 і є найлегшою рідиною. Стандартний електродний потенціалН 2 /Н - у водному розчині приймають рівним 0. Водень погано розчинний у воді: при 0 °C розчинність становить менше 0,02 см 3 /мл, але добре розчинний у деяких металах (губчасте залізо та інших), особливо добре - металевому паладії (близько 850 об'ємів водню в 1 об'ємі металу). Теплота згоряння водню дорівнює 143,06 МДж/кг.
Існує як двоатомних молекул Н 2 . Константа дисоціації Н 2 на атоми при 300 К 2,56 · 10 -34. Енергія дисоціації молекули Н2 на атоми 436 кДж/моль. Міжядерна відстань у молекулі Н 2 0,07414 нм.
Оскільки ядро ​​кожного атома Н, що входить до складу молекули, має свій спин (див.СПІН), то молекулярний воденьможе перебувати у двох формах: у формі ортоводороду (про-Н 2) (обидва спини мають однакову орієнтацію) та у формі параводню (п-Н 2) (спини мають різну орієнтацію). При звичайних умовах нормальний водень є сумішшю 75% про-Н 2 і 25% п-Н 2 . Фізичні властивості п-і про-Н2 трохи різняться між собою. Так, якщо температура кипіння чистого о-Н 2 20,45 К, то чистого п-Н 2 - 20,26 К. Перетворення про-Н 2 п-Н 2 супроводжується виділенням 1418 Дж/моль теплоти.
У науковій літературінеодноразово висловлювалися міркування про те, що при високих тисках(вище 10 ГПа) і при низьких температурах (близько 10 К і нижче) твердий водень, який зазвичай кристалізується в гексагональній решітці молекулярного типу, може переходити в речовину з металевими властивостями, можливо навіть надпровідник. Однак поки що однозначних даних про можливість такого переходу немає.
Висока міцність хімічного зв'язку між атомами в молекулі Н 2 (що, наприклад, використовуючи метод молекулярних орбіталей, можна пояснити тим, що в цій молекулі електронна пара знаходиться на зв'язувальній орбіталі, а орбіталь, що розпушує, електронами не заселена) призводить до того, що при кімнатній температурі газоподібний водень хімічно малоактивний Так, без нагрівання при простому змішуванні водень реагує (з вибухом) тільки з газоподібним фтором:
H2+F2=2HF+Q.
Якщо суміш водню та хлору при кімнатній температурі опромінити ультрафіолетовим світлом, то спостерігається негайне утворення хлороводню НСl. Реакція водню з киснем відбувається з вибухом, якщо суміш цих газів внести каталізатор - металевий паладій (або платину). При підпалюванні суміш водню та кисню (так званий гримучий газ (див.ГРІМКИЙ ГАЗ)) вибухає, при цьому вибух може відбутися у сумішах, у яких вміст водню становить від 5 до 95 об'ємних відсотків. Чистий водень на повітрі або в чистому кисні спокійно горить з великою кількістю теплоти:
H 2 + 1/2O 2 = Н 2 Про + 285,75 кДж/моль
З іншими неметалами та металами водень якщо і взаємодіє, то лише за певних умов (нагрівання, підвищений тиск, присутність каталізатора). Так, з азотом водень оборотно реагує при підвищеному тиску (20-30 МПа і більше) та при температурі 300-400 °C у присутності каталізатора - заліза:
3H2+N2=2NH3+Q.
Також тільки при нагріванні водень реагує з сіркою з утворенням сірководню H 2 S, з бромом - з утворенням бромоводню НBr, з йодом - з утворенням іодоводу НI. З вугіллям (графітом) водень реагує з утворенням суміші вуглеводнів різного складу. З бором, кремнієм, фосфором водень безпосередньо не взаємодіє, з'єднання цих елементів з воднем отримують непрямими шляхами.
При нагріванні водень здатний вступати в реакції з лужними, лужноземельними металамита магнієм з утворенням сполук з іонним характером зв'язку, у складі яких міститься водень у ступені окислення –1. Так, при нагріванні кальцію в атмосфері водню утворюється солеподібний гідрид складу СаН2. Полімерний гідрид алюмінію (AlH 3) x - один із найсильніших відновників - отримують непрямими шляхами (наприклад, за допомогою алюмінійорганічних сполук). З багатьма перехідними металами (наприклад, цирконієм, гафнієм та ін.) водень утворює сполуки змінного складу(Тверді розчини).
Водень здатний реагувати не тільки з багатьма простими, але й складними речовинами. Насамперед треба відзначити здатність водню відновлювати багато металів із їх оксидів (такі, як залізо, нікель, свинець, вольфрам, мідь та інших.). Так, при нагріванні до температури 400-450 °C і вище відбувається відновлення заліза воднем з будь-якого оксиду, наприклад:
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O.
Слід зазначити, що відновити воднем з оксидів можна лише метали, які у ряді стандартних потенціалів за марганцем. Більш активні метали (у тому числі марганець) до металу з оксидів не відновлюються.
Водень здатний приєднуватися за подвійним або потрійним зв'язком до багатьох органічних сполук (це - так звані реакції гідрування). Наприклад, у присутності нікелевого каталізатора можна здійснити гідрування етилену 2 Н 4 , причому утворюється етан 2 Н 6:
2 Н 4 + Н 2 = З 2 Н 6 .
Взаємодією оксиду вуглецю(II) та водню в промисловості одержують метанол:
2Н 2 + СО = СН 3 ВІН.
У з'єднаннях, у яких атом водню з'єднаний з атомом більш електронегативного елемента Е (Е = F, Cl, O, N), між молекулами утворюються водневі зв'язки (див.Водневий зв'язок)(Два атоми Е одного і того ж або двох різних елементів пов'язані між собою через атом Н: Е "... Н ... Е"", причому всі три атоми розташовані на одній прямій.. Такі зв'язки існують між молекулами води, аміаку , метанолу та ін і призводять до помітного зростання температур кипіння цих речовин, збільшення теплоти випаровування і т.д.
Застосування
Водень використовують при синтезі аміаку NH 3 , хлороводню HCl, метанолу СН 3 ОН, при гідрокрекінгу (крекінгу в атмосфері водню) природних вуглеводнів, як відновник при отриманні деяких металів. Гідруванням (див.Гідрування)природних рослинних олій одержують твердий жир - маргарин. Рідкий водень знаходить застосування як ракетне паливо, і навіть як холодоагент. Суміш кисню з воднем використовують при зварюванні.
У свій час висловлювалося припущення, що в недалекому майбутньому основним джерелом одержання енергії стане реакція горіння водню, і воднева енергетика витіснить традиційні джерела одержання енергії (вугілля, нафта та ін.). При цьому передбачалося, що для отримання водню у великих масштабах можна використовувати електроліз води. Електроліз води – досить енергоємний процес, і нині отримувати водень електролізом у промислових масштабах невигідно. Але очікувалося, що електроліз буде заснований на використанні середньотемпературної (500-600 ° C) теплоти, яка у великих кількостях виникає під час роботи атомних електростанцій. Ця теплота має обмежене застосування, і можливості отримання з її допомогою водню дозволили б вирішити як проблему екології (при згоранні водню на повітрі кількість екологічно утворених). шкідливих речовинмінімально), і проблему утилізації середньотемпературної теплоти. Однак після Чорнобильської катастрофи розвиток атомної енергетики повсюдно згортається, тому зазначене джерело енергії стає недоступним. Тому перспективи широкого використання водню як джерела енергії поки що зсуваються щонайменше до середини 21 століття.
Особливості звернення
Водень не отруйний, але при поводженні з ним потрібно постійно враховувати його високу пожежо- та вибухонебезпечність, причому вибухонебезпечність водню підвищена через високої здібностігазу до дифузії навіть через деякі тверді матеріали. Перед початком будь-яких операцій з нагрівання в атмосфері водню слід переконатися в його чистоті (при підпалюванні водню в перевернутій вгору дном пробірці звук повинен бути глухим, а не гавкаючим).
Біологічна роль
Біологічне значення водню визначається тим, що він входить до складу молекул води та всіх найважливіших груп природних сполук, у тому числі білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, вуглеводів. Приблизно 10 % маси живих організмів посідає водень. Здатність водню утворювати водневий зв'язок відіграє вирішальну роль у підтримці просторової четвертинної структури білків, а також у здійсненні принципу комплементарності (див.КОМПЛЕМЕНТАРНІСТЬ)у побудові та функціях нуклеїнових кислот (тобто у зберіганні та реалізації генетичної інформації), взагалі у здійсненні «впізнавання» на молекулярному рівні. Водень (іон Н+) бере участь у найважливіших динамічних процесахта реакціях в організмі - в біологічному окисненніщо забезпечує живі клітини енергією, у фотосинтезі у рослин, у реакціях біосинтезу, в азотфіксації та бактеріальному фотосинтезі, у підтримці кислотно-лужної рівновагита гомеостазу (див.ГОМЕОСТАЗ), у процесах мембранного транспорту Таким чином, поряд з киснем та вуглецем водень утворює структурну та функціональну основи явищ життя.

Енциклопедичний словник. 2009 .

Дивитись що таке "водень" в інших словниках:

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 4, 4H Нейтронів 3 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 4,027810(110) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 5, 5H Нейтронів 4 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 5,035310(110) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 6, 6H Нейтронів 5 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 6,044940(280) … Вікіпедія

Таблиця нуклідів Загальні відомості Назва, символ Водень 7, 7H Нейтронів 6 Протонів 1 Властивості нукліду Атомна маса 7,052750(1080) … Вікіпедія