Водород

ЭЛЕМЕНТЫ I ГРУППЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ

«Горючий воздух» (так тогда называли водород) уже в 1660 г. получил Р. Бойль при действии соляной кислоты на железные стружки:

2HCl + Fe = FeCl₂ + H₂

В 1730 г. английскими учеными Дж. Лоутером и Дж. Модом был описан «горючий воздух», выделяющийся при взаимодействии серной кислоты с железом.

Г. Кавендиш (1731–1810) определил, что «горючий воздух» не растворяется в воде и щелочи. Он рассчитал плотность водорода и установил, что при смешивании его с воздухом получается взрывчатая смесь.

Открытие водорода оказалось крупнейшим событием в химии 18 века. В дальнейшем выяснилось, что «горючий воздух» является не просто новым веществом, а важнейшим химическим элементом.

Элемент водород (химический знак Н — первая буква от лат. hydrogenium) является первым по порядку в периодической системе Д. И. Менделеева. Относительная атомная масса 1, 0079. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Такое строение атома водорода определяет его положение в периодической системе. Учитывая сходство его свойств со щелочными металлами, водород помещают в I группу. В то же время некоторые свойства водорода, характерные и галогенам, дают возможность отнести этот элемент в главную подгруппу VII группы. Таким образом причины двойственного положения водорода в периодической системе связаны с его сходствами с щелочными металлами и галогенами.

В молекулярном и атомном состоянии степень окисления атома водорода равна 0. Атом водорода способен принять один электрон для завершения внешнего электронного слоя от элементов, имеющих более низкую электроотрицательность (электроотрицательность водорода 2, 1). При этом степень окисления его атома будет равна –1. При отдаче единственного электрона более электроотрицательному элементу водород приобретает степень окисления +1.

Водород — самый легкий газ. Водород в 14, 5 раза легче воздуха. Этот газ без цвета, вкуса и запаха. Литр водорода при нормальных условиях имеет массу 0, 089 г. Газ трудно сжижается и затвердевает, т. к. молекулы его неполярны. При температуре –257, 0°С твердый водород начинает плавиться, а при –252, 8°С жидкий водород кипит.

Водород плохо растворяется в воде (в 100 объемах воды при 0°С растворяется 2, 15 объема водорода), но хорошо в металлах — никеле, платине, палладии. Например, один объем платины растворяет 500 объемов водорода, а один объем палладия — до 900 объемов водорода. Это свойство используется для создания водородных аккумуляторов. Из всех газов водород обладает большей скоростью диффузии. Очень высокая теплопроводность водорода сравнима по значению с теплопроводностью большинства металлов. В атмосфере водорода нагретое тело остывает в 6 раз быстрее, чем на воздухе.

Природный водород состоит из трех нуклидов.

Стабильные нуклиды: протий Н (99, 985%); дейтерий Д (0, 015%).

Радиоактивный нуклид: тритий Т (всего в земной коре около 200 кг, период полураспада 12, 5 лет). Тритий получают с помощью ядерных реакций.

Изотопы отличаются числом нейтронов в ядре. Ядро протия не содержит нейтронов, дейтерий имеет нейтрон, а тритий — 2 нейтрона. Следовательно, массовые числа нуклидов относятся между собой как 1: 2: 3. Нуклиды сильно отличаются по физическим свойствам. Протий в 14, 6 раза легче воздуха, дейтерий — в 7, 2 раза, а тритий — в 4, 8 раза. При электролизе воды разлагаются на водород и кислород преимущественно молекулы Н₂О, а молекулы «тяжелой воды» D₂O накапливаются в остатке. Водород — самый распространенный элемент в космосе. Примерно половины массы Солнца и звезд состоит из водорода. Он составляет также основную часть газов межзвездного пространства. В недрах звезд водород находится в виде протонов — ядер атомов ¹Н.