Водород

17 Мар

Общие сведения о водороде

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) и 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.

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

Водород – самый распространенный элемент в космосе. Основная масса звезд состоит из водорода, он преимущественно составляет межзвездное вещество. Водород входит в состав основного вещества Земли – воды.

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.

Водород используется для наполнения метеорологических зондов (ранее – для 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.

 

Получение водорода

В лаборатории.

  1. Действием на металлы (обычно цинк) соляной или разбавленной серной кислотой:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

  1. Взаимодействием паров воды с раскаленными железными стружками:

4H2O + 3Fe = Fe3O4 + 4H2­

В промышленности.

  1. Конверсией метана парами воды:

CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2

  1. Конверсией оксида углерода:

СО + H2O = CO2 + H2

  1. Термическим разложением метана:

СН4 = С + 2Н2

  1. Электролизом воды. Получаемый водород чистый, но очень дорогой.

 

Химические свойства

Водород занимает особое положение в периодической системе. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Водород не имеет аналогов в периодической системе химических элементов.

Обычно он считается аналогом галогенов и размещается в VII группе, хотя иногда водород помещают и в I группу, так как он способен отдавать электрон с образованием катиона H+ и этим похож на щелочные металлы, которые также проявляют степень окисления +1. Двойственное положение водорода в периодической системе можно объяснить тем, что водород как первый атом периодической системы имеет только один электрон и после его отдачи ядро атома оголяется. Это объясняет некоторые необычные свойства, например образование особого типа химической связи – водородной связи.

Молекулы водорода довольно прочные, вследствие этого молекулярный водород не отличается большой химической активностью. При высоких температурах и присутствии катализаторов атомы водорода распадаются на атомы, которые химически очень активны. Атомарный водород образуется, например, при реакции цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + 2Н

Атомы водорода быстро реагируют между собой, образуя молекулы, поэтому обычно атомарный водород используют в момент выделения.

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:

H2 + Cl2 = 2HCl

В соответствии со степенями окисления +1 и –1 в химических реакциях водород может быть окислителем или восстановителем.

Так, при взаимодействии водорода с оксидом меди при нагревании медь восстанавливается:

CuO + H2 = Cu + H2O

Окислительные свойства водород проявляет редко и только в соединениях с металлами.

Химические реакции с водородом обычно протекают при повышенной температуре, давлении или присутствии катализаторов.

Водород сгорает в кислороде с образованием воды:

2H2 + O2 = 2H2O

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:

3H2 + N2 ↔ 2NH3

Реакция обратима. Аналогично, при взаимодействии водорода с серой образуется сероводород:

H2 + S = H2S

vodorod-ximicheskie-svojstva-poluchenie

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники

Комментарии: