Общие сведения Водород в природе Строение атома Физические свойства Получение Химические свойства Применение

Водород – первый химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер водорода – 1, относительная атомная масса – 1,0079.

Водород был открыт английским химиком Г. Кавендишем в 1766 г. Он относится к довольно распространенным элементам (в земной коре примерно 1 % по массе), встречается в природе в свободном состоянии (верхние слои атмосферы, газ при извержениях вулканов) и в виде соединений (вода, нефть, органические вещества). В свободном виде встречается редко.

Водород – самый распространенный элемент в космосе. Основная масса звезд состоит из водорода, он преимущественно составляет межзвездное вещество.

Среди общего числа атомов, образующих Солнце, на водород приходится около 84 %.

Водород входит в состав основного вещества Земли – воды.

Существуют два стабильных изотопа водорода – 1 H (протий) и 2 H (дейтерий), а также один радиоактивный – 3 H (тритий). Протий Дейтерий

При обычных условиях водород – газ без цвета и запаха, почти в 15 раз легче воздуха. Обладает очень высокой теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью металлов. Это происходит из-за легкости молекул водорода и, следовательно, большой скорости их движения. Водород хорошо растворяется в некоторых металлах: в одном объеме палладия, например, растворяется 900 объемов водорода.

Получение водорода В лаборатории: 1. Действием на металлы (обычно цинк) соляной или разбавленной серной кислотой: Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 2. Взаимодействием паров воды с раскаленными железными стружками: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2

Получение водорода В промышленности: 1. Конверсией метана парами воды: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 2. Конверсией оксида углерода: СО + H 2 O = CO 2 + H 2 3. Термическим разложением метана: СН 4 = С + 2Н 2 4. Электролизом воды. Получаемый водород чистый, но дорогой.

В соответствии со степенями окисления +1 и –1 в химических реакциях водород может быть окислителем или восстановителем. Окислительные свойства водород проявляет только с активными восстановителями. Со щелочными и щелочно-земельными металлами он образует гидриды, соединения в которых степень окисления водорода равна –1. Н 2 + 2Na = 2NaH H 2 + Ca = CaH 2

Взаимодействие с неметаллами

В обычных условиях молекулярный водород взаимодействует лишь с наиболее активными элементами: со фтором взрывается в темноте и на холоде, с хлором реагирует на свету и при нагревании со взрывом. При этом получаются галогеноводороды: H 2 + Cl 2 = 2HCl Химические реакции с водородом обычно протекают при повышенной температуре, давлении или в присутствии катализаторов. Водород сгорает в кислороде с образованием воды: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O В этой реакции выделяется много теплоты. Смесь двух объемов водорода с одним объемом кислорода взрывоопасна и называется гремучим газом.

При повышенном давлении и температуре водород взаимодействует с азотом: 3H 2 + N 2 2NH 3 Реакция обратима. Аналогично, при взаимодействии водорода с серой образуется сероводород: H 2 + S = H 2 S Водород реагирует с оксидами металлов, превращаясь в воду. Так, при взаимодействии водорода с оксидом меди при нагревании медь восстанавливается: CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Водород используется для наполнения метеорологических зондов (ранее воздушных шаров и дирижаблей), как топливо в ракетной технике, в кислородно-водородных горелках для сварки и резки металлов. Области применения водорода весьма разнообразны, но все связаны с его восстановительными свойствами. Это производство аммиака и соляной кислоты, получение особо чистых металлов, органический синтез (получение синтетического моторного топлива, гидрогенизация жиров, синтез анилина из нитробензола). Дейтерий и тритий используют в процессах термоядерного синтеза.