Признаци, характерни за водорода. Водород
Водородът H е химичен елемент, един от най-разпространените в нашата Вселена. Масата на водорода като елемент в състава на веществата е 75% от общо съдържаниеатоми от различен тип. Включен е в най-важната и жизненоважна връзка на планетата – водата. Отличителна черта на водорода е също, че той е първият елемент в периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев.
Откриване и изследване
Първите споменавания на водород в писанията на Парацелз датират от шестнадесети век. Но изолирането му от газовата смес на въздуха и изследването на горимите свойства са направени още през седемнадесети век от учения Лемери. Водородът е подробно проучен от английски химик, физик и натуралист, който експериментално доказва, че масата на водорода е най-малка в сравнение с други газове. В следващите етапи от развитието на науката много учени са работили с него, по-специално Лавоазие, който го нарича "раждащ вода".
Характеристика според длъжността в PSCE
Елементът, който отваря периодичната таблица на Д. И. Менделеев, е водород. Физическите и химичните свойства на атома показват известна двойственост, тъй като водородът едновременно се причислява към първата група, основната подгрупа, ако се държи като метал и отдава един електрон в процеса на химическа реакция, и към седмо - в случай на пълно запълване на валентната обвивка, т.е. приемане на отрицателна частица, което я характеризира като подобна на халогените.
Характеристики на електронната структура на елемента
Свойствата на сложните вещества, в които е включен, и най-простото вещество Н 2 се определят основно от електронната конфигурация на водорода. Частицата има един електрон с Z= (-1), който се върти по своята орбита около ядрото, съдържащ един протон с единична маса и положителен заряд (+1). Електронната му конфигурация е записана като 1s 1, което означава наличието на една отрицателна частица в първата и единствена s-орбитала за водорода.
Когато един електрон се отдели или отдаде и атом на този елемент има такова свойство, че е свързан с металите, се получава катион. Всъщност водородният йон е положителна елементарна частица. Следователно водородът, лишен от електрон, се нарича просто протон.
Физични свойства
Накратко описвайки водорода, той е безцветен, слабо разтворим газ с относителна атомна маса 2, 14,5 пъти по-лек от въздуха, с температура на втечняване от -252,8 градуса по Целзий.
Лесно може да се види от опит, че H2 е най-лекият. За да направите това, достатъчно е да напълните три топки с различни вещества - водород, въглероден диоксид, обикновен въздух - и едновременно да ги освободите от ръката си. Този, който е пълен с CO 2, ще достигне земята по-бързо от всеки, след което ще падне напомпан с въздушна смес, а този, съдържащ H 2, ще се издигне до тавана.
Малката маса и размер на водородните частици оправдават способността му да прониква през различни вещества. На примера на същата топка това е лесно да се провери, след няколко дни тя ще се издуе, тъй като газът просто ще премине през гумата. Също така, водородът може да се натрупва в структурата на някои метали (паладий или платина) и да се изпари от него, когато температурата се повиши.
Свойството на ниска разтворимост на водорода се използва в лабораторната практика за изолирането му чрез метода на изместване на водорода (таблицата по-долу съдържа основните параметри), определящи обхвата на неговото приложение и методите на производство.
Параметър на атом или молекула на просто вещество | Значение |
Атомна маса (моларна маса) | 1,008 g/mol |
Електронна конфигурация | 1s 1 |
Кристална клетка | Шестоъгълна |
Топлопроводимост | (300 K) 0,1815 W/(m K) |
Плътност при n. г. | 0,08987 g/l |
Температура на кипене | -252,76°C |
Специфична топлина на изгаряне | 120.9 106 J/kg |
Температура на топене | -259,2°C |
Разтворимост във вода | 18,8 ml/l |
Изотопен състав
Подобно на много други представители на периодичната система от химични елементи, водородът има няколко естествени изотопа, тоест атоми с еднакъв брой протони в ядрото, но различен брой неутрони - частици с нулев заряд и единица маса. Примери за атоми, които имат подобно свойство, са кислород, въглерод, хлор, бром и други, включително радиоактивни.
Физичните свойства на водорода 1 H, най-често срещаният от представителите на тази група, се различават значително от същите характеристики на неговите колеги. По-специално, характеристиките на веществата, в които са включени, се различават. И така, има обикновена и деутерирана вода, съдържаща в състава си, вместо водороден атом с един протон, деутерий 2 Н - неговият изотоп с две елементарни частици: положителни и незаредени. Този изотоп е два пъти по-тежък от обикновения водород, което обяснява фундаменталната разлика в свойствата на съединенията, които изграждат. В природата деутерият е 3200 пъти по-рядък от водорода. Третият представител е тритий 3 H, в ядрото има два неутрона и един протон.
Методи за получаване и изолиране
Лабораторните и индустриалните методи са много различни. Така че в малки количества газът се получава главно чрез реакции, в които участват минерали, а в мащабното производство в по-голяма степен се използва органичен синтез.
В лабораторията се използват следните химични взаимодействия:
В промишлени интереси газът се получава по такива методи като:
- Термично разлагане на метан в присъствието на катализатор до съставните му прости вещества (350 градуса достига стойността на такъв показател като температура) - водород Н 2 и въглерод С.
- Преминаване на парообразна вода през кокс при 1000 градуса по Целзий с образуване на въглероден диоксид CO 2 и H 2 (най-често срещаният метод).
- Превръщане на газообразен метан върху никелов катализатор при температура, достигаща 800 градуса.
- Водородът е страничен продукт при електролизата на водни разтвори на калиеви или натриеви хлориди.
Химични взаимодействия: общи положения
Физичните свойства на водорода до голяма степен обясняват поведението му в реакционни процеси с едно или друго съединение. Валентността на водорода е 1, тъй като се намира в първата група в периодичната таблица, а степента на окисление показва различна. Във всички съединения, с изключение на хидридите, водородът в s.o. = (1+), в молекули като XH, XH 2, XH 3 - (1-).
Молекулата на водородния газ, образувана чрез създаване на обобщена електронна двойка, се състои от два атома и е доста стабилна енергийно, поради което при нормални условия е донякъде инертна и влиза в реакции при промяна на нормалните условия. В зависимост от степента на окисление на водорода в състава на други вещества, той може да действа както като окислител, така и като редуциращ агент.
Вещества, с които реагира и образува водород
Елементни взаимодействия за образуване на сложни вещества (често при повишени температури):
- Алкален и алкалоземен метал + водород = хидрид.
- Халоген + Н 2 = халогеноводород.
- Сяра + водород = сероводород.
- Кислород + Н 2 = вода.
- Въглерод + водород = метан.
- Азот + Н 2 = амоняк.
Взаимодействие със сложни вещества:
- Получаване на синтез газ от въглероден окис и водород.
- Възстановяване на метали от техните оксиди с Н2.
- Насищане с водород на ненаситени алифатни въглеводороди.
водородна връзка
Физическите свойства на водорода са такива, че когато се комбинира с електроотрицателен елемент, той му позволява да образува специален тип връзка със същия атом от съседни молекули, които имат несподелени електронни двойки (например кислород, азот и флуор). Най-ясният пример, на който е по-добре да се разгледа подобно явление, е водата. Може да се каже, че е свързан с водородни връзки, които са по-слаби от ковалентните или йонните, но поради факта, че има много от тях, те оказват значително влияние върху свойствата на веществото. По същество водородното свързване е електростатично взаимодействие, което свързва водните молекули в димери и полимери, което води до нейната висока точка на кипене.
Водородът в състава на минералните съединения
Всички съдържат протон - катион на атом като водород. Вещество, чийто киселинен остатък има степен на окисление, по-голяма от (-1), се нарича многоосновно съединение. Съдържа няколко водородни атома, което прави дисоциацията във водни разтвори многоетапна. Всеки следващ протон се откъсва от останалата киселина все по-трудно. По количественото съдържание на водороди в средата се определя нейната киселинност.
Приложение в човешката дейност
Цилиндрите с вещество, както и контейнерите с други втечнени газове, като кислород, имат специфичен външен вид. Те са боядисани в тъмно зелено с яркочервен надпис „Водород“. Газът се изпомпва в цилиндър под налягане от около 150 атмосфери. Физическите свойства на водорода, по-специално лекотата на газообразното агрегатно състояние, се използват за пълнене на балони, балони и др., смесени с хелий.
Водородът, чиито физични и химични свойства хората са се научили да използват преди много години, в момента се използва в много индустрии. Повечето от тях отиват за производството на амоняк. Също така, водородът участва в (хафний, германий, галий, силиций, молибден, волфрам, цирконий и други) от оксиди, действащи в реакцията като редуциращ агент, циановодородна и солна киселина, както и изкуствено течно гориво. Хранителната промишленост го използва за превръщане на растителни масла в твърди мазнини.
Определихме химичните свойства и използването на водорода в различни процеси на хидрогениране и хидрогениране на мазнини, въглища, въглеводороди, масла и мазут. С негова помощ се произвеждат скъпоценни камъни, лампи с нажежаема жичка, метални изделия се коват и заваряват под въздействието на кислородно-водороден пламък.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Водород- първият елемент от периодичната система на химичните елементи на D.I. Менделеев. Символът е N.
Атомна маса - 1 a.m.u. Молекулата на водорода е двуатомна - Н 2.
Електронната конфигурация на водородния атом е 1s 1. Водородът принадлежи към семейството на s-елементи. В съединенията си проявява степени на окисление -1, 0, +1. Естественият водород се състои от два стабилни изотопа - протий 1 H (99,98%) и деутерий 2 H (D) (0,015%) - и радиоактивен изотоп на тритий 3 H (T) (следи, полуживот - 12,5 години).
Химични свойства на водорода
При нормални условиямолекулярният водород проявява относително ниска реактивност, което се обяснява с високата якост на връзката в молекулата. При нагряване той взаимодейства с почти всички прости вещества, образувани от елементи на основните подгрупи (с изключение на благородни газове B, Si, P, Al). В химичните реакции той може да действа както като редуциращ агент (по-често), така и като окислител (по-рядко).
Водородът се проявява свойства на редуциращи агенти(H 2 0 -2e → 2H +) в следните реакции:
1. Реакции на взаимодействие с прости вещества - неметали. Водородът реагира с халогени, освен това реакцията на взаимодействие с флуор при нормални условия, на тъмно, с експлозия, с хлор - при осветяване (или ултравиолетово облъчване) по верижен механизъм, с бром и йод само при нагряване; кислород(смес от кислород и водород в обемно съотношение 2:1 се нарича "експлозивен газ"), сиво, азоти въглерод:
H 2 + Hal 2 \u003d 2HHal;
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q (t);
H2 + S \u003d H2S (t \u003d 150 - 300C);
3H2 + N2 ↔ 2NH3 (t = 500°C, p, kat = Fe, Pt);
2H 2 + C ↔ CH 4 (t, p, kat).
2. Реакции на взаимодействие със сложни вещества. Водородът реагира с оксиди на нискоактивни металии е в състояние да редуцира само метали, които са в серията активност вдясно от цинка:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (t);
Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O (t);
WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O (t).
Водородът реагира с неметални оксиди:
H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);
2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300°C, p = 250 - 300 atm., kat = ZnO, Cr 2 O 3).
Водородът влиза в реакции на хидрогениране с органични съединения от класа на циклоалкани, алкени, арени, алдехиди и кетони и др. Всички тези реакции се извършват при нагряване, под налягане, като катализатори се използват платина или никел:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ↔ CH 3 -CH 3;
C6H6 + 3H2 ↔ C6H12;
C3H6 + H2 ↔ C3H8;
CH3CHO + H2 ↔ CH3-CH2-OH;
CH 3 -CO-CH 3 + H 2 ↔ CH 3 -CH (OH) -CH 3.
Водород като окислител(H 2 + 2e → 2H -) действа в реакции с алкални и алкалоземни метали. В този случай се образуват хидриди - кристални йонни съединения, в които водородът има степен на окисление -1.
2Na + H 2 ↔ 2NaH (t, p).
Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).
Физични свойства на водорода
Водородът е лек безцветен газ, без мирис, плътност при n.o. - 0,09 g / l, 14,5 пъти по-лек от въздуха, t bale = -252,8C, t pl = - 259,2C. Водородът е слабо разтворим във вода и органични разтворители, силно разтворим в някои метали: никел, паладий, платина.
Според съвременната космохимия водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. Основната форма на съществуване на водорода в космоса са отделните атоми. Водородът е 9-ият най-разпространен елемент на Земята. Основното количество водород на Земята е в свързано състояние – в състава на вода, нефт, природен газ, въглища и др. Под формата на просто вещество водородът се среща рядко - в състава на вулканичните газове.
Получаване на водород
Има лабораторни и индустриални методи за получаване на водород. Лабораторните методи включват взаимодействието на метали с киселини (1), както и взаимодействието на алуминий с водни разтвори на основи (2). Сред промишлените методи за производство на водород важна роля играят електролизата на водни разтвори на основи и соли (3) и превръщането на метан (4):
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1);
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na +3 H 2 (2);
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH (3);
CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
Упражнение | При взаимодействие на 23,8 g метален калай с излишък от солна киселина се отделя водород в количество, достатъчно за получаване на метална мед 12,8 g. Определете степента на окисление на калая в полученото съединение. |
Решение | Въз основа на електронната структура на калаения атом (...5s 2 5p 2) можем да заключим, че калайът се характеризира с две степени на окисление - +2, +4. Въз основа на това ще съставим уравненията на възможните реакции: Sn + 2HCl = H2 + SnCl2 (1); Sn + 4HCl = 2H 2 + SnCl 4 (2); CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O (3). Намерете количеството медно вещество: v (Cu) \u003d m (Cu) / M (Cu) \u003d 12,8 / 64 \u003d 0,2 mol. Съгласно уравнение 3 количеството водородно вещество: v (H 2) \u003d v (Cu) \u003d 0,2 mol. Познавайки масата на калай, намираме неговото количество вещество: v (Sn) \u003d m (Sn) / M (Sn) \u003d 23,8 / 119 \u003d 0,2 mol. Нека сравним количествата калай и водородни вещества съгласно уравнения 1 и 2 и според условието на задачата: v 1 (Sn): v 1 (H 2) = 1:1 (уравнение 1); v 2 (Sn): v 2 (H 2) = 1:2 (уравнение 2); v(Sn): v(H 2) = 0,2:0,2 = 1:1 (състояние на проблема). Следователно калайът реагира със солна киселина съгласно уравнение 1 и степента на окисление на калая е +2. |
Отговор | Степента на окисление на калая е +2. |
ПРИМЕР 2
Упражнение | Газът, освободен при действието на 2,0 g цинк на 18,7 ml 14,6% солна киселина (плътност на разтвора 1,07 g/ml), се пропуска чрез нагряване над 4,0 g меден (II) оксид. Каква е масата на получената твърда смес? |
Решение | Когато цинкът действа върху солна киселинасе отделя водород: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 (1), който при нагряване редуцира медния (II) оксид до мед (2): CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O. Намерете количеството вещества в първата реакция: m (p-ra НС1) = 18.7. 1,07 = 20,0 g; m(HC1) = 20.0. 0,146 = 2,92 g; v (HCl) \u003d 2,92 / 36,5 \u003d 0,08 mol; v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol. Цинкът е в дефицит, така че количеството отделен водород е: v (H 2) \u003d v (Zn) \u003d 0,031 mol. Във втората реакция водородът е дефицит, защото: v (CuO) \u003d 4,0 / 80 \u003d 0,05 mol. В резултат на реакцията 0,031 mol CuO ще се превърнат в 0,031 mol Cu, а загубата на маса ще бъде: m (СuО) - m (Сu) \u003d 0,031 × 80 - 0,031 × 64 \u003d 0,50 g. Масата на твърдата смес от CuO с Cu след преминаване на водород ще бъде: 4,0-0,5 = 3,5 g |
Отговор | Масата на твърдата смес от CuO с Cu е 3,5 g. |
Водородът е просто вещество Н2 (диводород, дипротиум, лек водород).
Накратко характеризиране на водорода:
- Неметални.
- Безцветен газ, който трудно се втечнява.
- Слабо разтворим във вода.
- По-добре разтворим в органични разтворители.
- Хемосорбирани от метали: желязо, никел, платина, паладий.
- Силен редуциращ агент.
- Взаимодейства (при високи температури) с неметали, метали, метални оксиди.
- Атомният водород Н 0, получен чрез термично разлагане на Н 2, има най-висока редукционна способност.
- Водородни изотопи:
- 1 H - протий
- 2 H - деутерий (D)
- 3 H - тритий (T)
- Относително молекулно тегло = 2,016
- Относителна плътност на твърд водород (t=-260°C) = 0,08667
- Относителна плътност на течен водород (t=-253°C) = 0,07108
- Свръхналягане (н.о.) = 0,08988 g/l
- точка на топене = -259.19°C
- точка на кипене = -252,87°C
- Коефициент на обемна разтворимост на водорода:
- (t=0°С) = 2.15;
- (t=20°С) = 1.82;
- (t=60°С) = 1.60;
1. Термично разлагане на водород(t=2000-3500°C):
H 2 ↔ 2H 0
2. Взаимодействие на водород с неметали:
- H 2 +F 2 = 2HF (t=-250..+20°C)
- H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl (при изгаряне или излагане на светлина при стайна температура):
- Cl 2 \u003d 2Cl 0
- Cl 0 + H 2 \u003d HCl + H 0
- H 0 + Cl 2 \u003d HCl + Cl 0
- H 2 +Br 2 \u003d 2HBr (t \u003d 350-500 ° C, платинен катализатор)
- H 2 + I 2 \u003d 2HI (t \u003d 350-500 ° C, платинен катализатор)
- H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O:
- H 2 + O 2 \u003d 2OH 0
- OH 0 + H 2 \u003d H 2 O + H 0
- H 0 + O 2 \u003d OH 0 + O 0
- O 0 + H 2 \u003d OH 0 + H 0
- H 2 +S = H 2 S (t=150..200°C)
- 3H 2 +N 2 \u003d 2NH 3 (t \u003d 500 ° C, железен катализатор)
- 2H 2 + C (кокс) \u003d CH 4 (t \u003d 600 ° C, платинен катализатор)
- H 2 +2C (кокс) = C 2 H 2 (t=1500..2000°C)
- H 2 + 2C (кокс) + N 2 \u003d 2HCN (t над 1800 ° C)
3. Взаимодействие на водорода с сложни вещества:
- 4H 2 + (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 3Fe + 4H 2 O (t повече от 570 ° C)
- H 2 + Ag 2 SO 4 \u003d 2Ag + H 2 SO 4 (t над 200 ° C)
- 4H 2 + 2Na 2 SO 4 \u003d Na 2 S + 4H 2 O (t \u003d 550-600 ° C, Fe 2 O 3 катализатор)
- 3H 2 + 2BCl 3 \u003d 2B + 6HCl (t \u003d 800-1200 ° C)
- H 2 + 2EuCl 3 \u003d 2EuCl 2 + 2HCl (t \u003d 270 ° C)
- 4H 2 +CO 2 \u003d CH 4 + 2H 2 O (t \u003d 200 ° C, CuO 2 катализатор)
- H 2 + CaC 2 \u003d Ca + C 2 H 2 (t над 2200 ° C)
- H 2 + BaH 2 \u003d Ba (H 2) 2 (t до 0 ° C, разтвор)
4. Участие на водорода в редокс реакции:
- 2H 0 (Zn, разредена HCl) + KNO 3 \u003d KNO 2 + H 2 O
- 8H 0 (Al, конц. KOH) + KNO 3 = NH 3 + KOH + 2H 2 O
- 2H 0 (Zn, разредена HCl) + EuCl 3 \u003d 2EuCl 2 + 2HCl
- 2H 0 (Al) + NaOH (конц.) + Ag 2 S \u003d 2Ag ↓ + H 2 O + NaHS
- 2H 0 (Zn, дим. H 2 SO 4) + C 2 N 2 \u003d 2HCN
Водородни съединения
D 2 - дидеутерий:
- Тежък водород.
- Безцветен газ, който трудно се втечнява.
- Дидеутерият се съдържа в естествения водород 0,012-0,016% (по маса).
- В газова смес от дидутерий и протий изотопният обмен се извършва при високи температури.
- Слабо разтворим в обикновена и тежка вода.
- При обикновена вода изотопният обмен е незначителен.
- Химични свойстваса подобни на лекия водород, но дидеутерият е по-малко реактивен.
- Относително молекулно тегло = 4,028
- Относителна плътност на течния дидеутерий (t=-253°C) = 0,17
- точка на топене = -254,5°C
- точка на кипене = -249,49°C
Т 2 - дитритий:
- Свръхтежък водород.
- Безцветен радиоактивен газ.
- Времето на полуживот е 12,34 години.
- В природата дитритий се образува в резултат на бомбардиране на 14 N ядра от неутрони от космическа радиация; следи от дитриций са открити в естествени води.
- Дитритият се произвежда в ядрен реактор чрез бомбардиране на литий с бавни неутрони.
- Относително молекулно тегло = 6,032
- точка на топене = -252,52°C
- точка на кипене = -248,12°C
HD - деутериоводород:
- безцветен газ.
- Не се разтваря във вода.
- Химическите свойства са подобни на Н2.
- Относително молекулно тегло = 3,022
- Относителна плътност на твърд деутериоводород (t=-257°C) = 0,146
- Свръхналягане (н.о.) = 0,135 g/l
- точка на топене = -256.5°C
- точка на кипене = -251,02°C
Водородни оксиди
H 2 O - вода:
- Безцветна течност.
- Според изотопния състав на кислорода водата се състои от H 2 16 O с примеси H 2 18 O и H 2 17 O
- Според изотопния състав на водорода водата се състои от 1 H 2 O с примес на HDO.
- Течната вода претърпява протолиза (H 3 O + и OH -):
- H 3 O + (оксониев катион) е най-силната киселина във воден разтвор;
- OH - (хидроксиден йон) е най-силната основа във воден разтвор;
- Водата е най-слабо спрегнатият протолит.
- С много вещества водата образува кристални хидрати.
- Водата е химически активно вещество.
- Водата е универсален течен разтворител на неорганични съединения.
- Относително молекулно тегло на водата = 18,02
- Относителна плътност на твърда вода (лед) (t=0°C) = 0,917
- Относителна плътност на течната вода:
- (t=0°C) = 0.999841
- (t=20°C) = 0.998203
- (t=25°C) = 0.997044
- (t=50°C) = 0.97180
- (t=100°С) = 0.95835
- плътност (н.о.) = 0,8652 g/l
- точка на топене = 0°C
- точка на кипене = 100°C
- Йонно произведение на вода (25°C) = 1,008 · 10 -14
1. Термично разлагане на вода:
2H 2 O ↔ 2H 2 +O 2 (над 1000°C)
D 2 O - деутериев оксид:
- Тежка вода.
- Безцветна хигроскопична течност.
- Вискозитетът е по-висок от този на водата.
- Смесва се с обикновена вода в неограничени количества.
- Изотопният обмен произвежда полутежка вода HDO.
- Силата на разтваряне е по-ниска от тази на обикновената вода.
- Химичните свойства на деутериевия оксид са подобни на тези на водата, но всички реакции са по-бавни.
- Тежка вода присъства в естествена вода(масово съотношение към обикновена вода 1:5500).
- Деутериевият оксид се получава чрез многократна електролиза на естествена вода, при която тежката вода се натрупва в електролитния остатък.
- Относително молекулно тегло на тежка вода = 20,03
- Относителна плътност на течна тежка вода (t=11,6°C) = 1,1071
- Относителна плътност на течна тежка вода (t=25°C) = 1,1042
- точка на топене = 3,813°C
- точка на кипене = 101,43°C
T 2 O - тритиев оксид:
- Супер тежка вода.
- Безцветна течност.
- Вискозитетът е по-висок и разтварящата способност е по-ниска от тази на обикновената и тежката вода.
- Смесва се с обикновена и тежка вода в неограничени количества.
- Изотопният обмен с обикновена и тежка вода води до образуването на HTO, DTO.
- Химичните свойства на свръхтежката вода са подобни на тези на водата, но всички реакции протичат още по-бавно, отколкото в тежката вода.
- Следи от тритиев оксид се намират в естествената вода и атмосферата.
- Свръхтежка вода се получава чрез преминаване на тритий върху горещ меден оксид CuO.
- Относително молекулно тегло на свръхтежка вода = 22,03
- температура на топене = 4,5°C
Течност
Водород(лат. Водород; обозначен със символа з) е първият елемент от периодичната система от елементи. Широко разпространен в природата. Катионът (и ядрото) на най-разпространения изотоп на водорода 1H е протонът. Свойствата на ядрото 1H позволяват широко използване на ЯМР спектроскопия при анализа на органични вещества.
Три изотопа на водорода имат свои имена: 1 H - протий (H), 2 H - деутерий (D) и 3 H - тритий (радиоактивен) (T).
Простото вещество водород - Н 2 - е лек безцветен газ. В смес с въздух или кислород е горим и експлозивен. Нетоксичен. Разтворим в етанол и редица метали: желязо, никел, паладий, платина.
История
Отделянето на горим газ при взаимодействието на киселини и метали се наблюдава през 16-17 век в зората на формирането на химията като наука. Михаил Василиевич Ломоносов също директно посочи неговата изолация, но вече определено осъзна, че това не е флогистон. Английският физик и химик Хенри Кавендиш изследва този газ през 1766 г. и го нарича "горим въздух". При изгаряне "горимият въздух" произвежда вода, но придържането на Кавендиш към теорията за флогистона му попречи да направи правилните заключения. Френският химик Антоан Лавоазие, заедно с инженера J. Meunier, използвайки специални газометри, през 1783 г. извършват синтез на вода, а след това и нейния анализ, като разлагат водните пари с нажежено желязо. Така той установи, че "горимият въздух" е част от водата и може да се получи от нея.
произход на името
Лавоазие дава името hydrogène на водорода, което означава „носещ вода“. Руското име "водород" е предложено от химика М. Ф. Соловьов през 1824 г. - по аналогия с "кислород" на Сломоносов.
Разпространение
Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. Той представлява около 92% от всички атоми (8% са атоми на хелий, делът на всички останали елементи, взети заедно, е по-малко от 0,1%). По този начин водородът е основният компонентзвезди и междузвезден газ. При условия на звездни температури (например температурата на повърхността на Слънцето е ~ 6000 °C) водородът съществува под формата на плазма; в междузвездното пространство този елемент съществува под формата на отделни молекули, атоми и йони и може образуват молекулярни облаци, които се различават значително по размер, плътност и температура.
Земната кора и живите организми
Масовата част на водорода в земната кора е 1% - това е десетият най-често срещан елемент. Неговата роля в природата обаче се определя не от масата, а от броя на атомите, чийто дял сред другите елементи е 17% (второ място след кислорода, чийто дял на атомите е ~ 52%). Следователно значението на водорода в химичните процеси, протичащи на Земята, е почти толкова голямо, колкото и на кислорода. За разлика от кислорода, който съществува на Земята както в свързано, така и в свободно състояние, практически целият водород на Земята е под формата на съединения; само много малко количество водород под формата на просто вещество се намира в атмосферата (0,00005% от обема).
Водородът е съставна част на почти всички органични вещества и присъства във всички живи клетки. В живите клетки, от броя на атомите, водородът представлява почти 50%.
Касова бележка
Промишлените методи за получаване на прости вещества зависят от формата, в която съответният елемент се намира в природата, тоест каква може да бъде суровината за неговото производство. И така, кислородът, който е наличен в свободно състояние, се получава по физически начин - чрез изолиране от течния въздух. Водородът, от друга страна, е почти целият под формата на съединения, следователно, за да го получим, химични методи. По-специално могат да се използват реакции на разлагане. Един от начините за получаване на водород е реакцията на разлагане на водата чрез електрически ток.
Основният промишлен метод за производство на водород е реакцията с вода на метан, който е част от природния газ. Извършва се при висока температура (лесно е да се провери, че когато метанът преминава дори през вряща вода, не настъпва реакция):
CH 4 + 2H 2 O \u003d CO 2 + 4H 2 −165 kJ
В лабораторията за получаване на прости вещества не се използват непременно естествени суровини, но се избират тези първоначални вещества, от които е по-лесно да се изолира необходимото вещество. Например в лабораторията кислородът не се получава от въздуха. Същото важи и за производството на водород. Един от лабораторните методи за производство на водород, който понякога се използва в промишлеността, е разлагането на водата чрез електрически ток.
Водородът обикновено се произвежда в лабораторията чрез взаимодействие на цинк със солна киселина.
В индустрията
1. Електролиза на водни разтвори на соли:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2
2. Прекарване на водна пара над горещ кокс при температура от около 1000 °C:
H2O+C? H2 + CO
3.От природен газ.
Преобразуване на Steam:
CH4 + H2O? CO + 3H 2 (1000 °C)
Каталитично окисление с кислород:
2CH4 + O2? 2CO + 4H2
4. Крекинг и реформинг на въглеводороди в процеса на рафиниране на нефт.
В лабораторията
1.Действие на разредени киселини върху метали.За провеждане на такава реакция най-често се използват цинк и разредена солна киселина:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2
2.Взаимодействие на калций с вода:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2
3.Хидролиза на хидриди:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
4.Действието на алкали върху цинк или алуминий:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2
Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2
5.С помощта на електролиза.По време на електролизата на водни разтвори на основи или киселини на катода се отделя водород, например:
2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2H 2 O
Физични свойства
Водородът може да съществува в две форми (модификации) - под формата на орто- и пара-водород. В ортоводородната молекула о-H 2 (т.т. −259,10 ° C, т.т. −252,56 ° C) ядрените завъртания са насочени по същия начин (успоредно), докато параводородът стр-H 2 (т.т. −259,32 ° C, т.т. −252,89 ° C) - противоположни един на друг (антипаралелни). Равновесна смес о-H 2 и стр-H 2 при дадена температура се нарича равновесен водород д-H2.
Водородните модификации могат да бъдат разделени чрез адсорбция върху активен въглен при температура на течен азот. При много ниски температури равновесието между ортоводород и параводород е почти изцяло изместено към последния. При 80 K съотношението на страните е приблизително 1:1. Десорбираният параводород се превръща в ортоводород при нагряване до образуване на равновесна смес при стайна температура (орто-пара: 75:25). Без катализатор трансформацията протича бавно (в условията на междузвездната среда - с характерни времена до космологични), което дава възможност да се изследват свойствата на отделните модификации.
Водородът е най-лекият газ, 14,5 пъти по-лек от въздуха. Очевидно е, че колкото по-малка е масата на молекулите, толкова по-висока е тяхната скорост при същата температура. Като най-леки, водородните молекули се движат по-бързо от молекулите на всеки друг газ и по този начин могат да пренасят топлина от едно тяло към друго по-бързо. От това следва, че водородът има най-висока топлопроводимост сред газообразните вещества. Неговата топлопроводимост е около седем пъти по-висока от тази на въздуха.
Молекулата на водорода е двуатомна - Н 2. При нормални условия той е газ без цвят, мирис и вкус. Плътност 0,08987 g/l (n.o.), точка на кипене −252,76 °C, специфична топлинаизгаряне 120,9 × 10 6 J / kg, слабо разтворим във вода - 18,8 ml / l. Водородът е силно разтворим в много метали (Ni, Pt, Pd и др.), особено в паладий (850 обема на 1 обем Pd). Свързана с разтворимостта на водорода в металите е способността му да дифундира през тях; дифузията през въглеродна сплав (например стомана) понякога е придружена от разрушаване на сплавта поради взаимодействието на водород с въглерод (така наречената декарбонизация). Практически неразтворим в сребро.
течен водородсъществува в много тесен температурен диапазон от −252,76 до −259,2 °C. Това е безцветна течност, много лека (плътност при -253 °C 0,0708 g / cm 3) и течна (вискозитет при -253 °C 13,8 градуса). Критичните параметри на водорода са много ниски: температура -240,2 °C и налягане 12,8 atm. Това обяснява трудностите при втечняването на водорода. В течно състояние равновесният водород се състои от 99,79% пара-Н2, 0,21% орто-Н2.
Твърд водород, точка на топене −259,2 °C, плътност 0,0807 g/cm3 (при −262 °C) — снежна маса, шестоъгълни кристали, пространствена група P6/mmc, параметри на клетката а=3,75 ° С=6,12. При високо налягане водородът става метален.
изотопи
Водородът се среща под формата на три изотопа, които имат индивидуални имена: 1 H - протий (H), 2 H - деутерий (D), 3 H - тритий (радиоактивен) (T).
Протият и деутерият са стабилни изотопи с масови числа 1 и 2. Съдържанието им в природата е съответно 99,9885 ± 0,0070% и 0,0115 ± 0,0070%. Това съотношение може леко да варира в зависимост от източника и метода на производство на водород.
Водородният изотоп 3H (тритий) е нестабилен. Неговият полуживот е 12,32 години. Тритий се среща в природата в много малки количества.
Литературата също предоставя данни за изотопи на водорода с масови числа 4–7 и полуживот 10–22–10–23 s.
Естественият водород се състои от H 2 и HD (деутероводород) молекули в съотношение 3200:1. Съдържанието на чист деутериев водород D 2 е още по-малко. Концентрационното съотношение на HD и D2 е приблизително 6400:1.
От всички изотопи на химичните елементи физичните и химичните свойства на изотопите на водорода се различават най-много един от друг. Това се дължи на най-голямата относителна промяна в масите на атомите.
температура |
температура |
Тройна |
критичен |
Плътност |
|
Деутерият и тритият също имат орто и пара модификации: стр-D2, о-D2, стр-T2, о-Т 2 . Хетероизотопният водород (HD, HT, DT) няма орто и пара модификации.
Химични свойства
Фракция на дисоциираните водородни молекули
Молекулите на водорода H 2 са доста силни и за да може водородът да реагира, трябва да се изразходва много енергия:
H 2 \u003d 2H - 432 kJ
Следователно при обикновени температури водородът реагира само с много активни метали, като калций, образувайки калциев хидрид:
Ca + H 2 \u003d CaH 2
и с единствения неметал - флуор, образувайки флуороводород:
Водородът реагира с повечето метали и неметали при повишена температураили под друго въздействие, например при осветление:
O 2 + 2H 2 \u003d 2H 2 O
Той може да "отнеме" кислород от някои оксиди, например:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O
Написаното уравнение отразява редукционните свойства на водорода.
N 2 + 3H 2 → 2NH 3
Образува халогеноводороди с халогени:
F 2 + H 2 → 2HF, реакцията протича с експлозия на тъмно и при всяка температура,
Cl 2 + H 2 → 2HCl, реакцията протича с експлозия, само на светлина.
Взаимодейства със сажди при силно нагряване:
C + 2H 2 → CH 4
Взаимодействие с алкални и алкалоземни метали
При взаимодействие с активни метали водородът образува хидриди:
2Na + H 2 → 2NaH
Ca + H 2 → CaH 2
Mg + H 2 → MgH 2
хидриди- солеподобни, твърди вещества, лесно хидролизирани:
CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2
Взаимодействие с метални оксиди (обикновено d-елементи)
Оксидите се редуцират до метали:
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2Fe + 3H 2 O
WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O
Хидрогениране на органични съединения
Молекулярният водород се използва широко в органичния синтез за редукция на органични съединения. Тези процеси се наричат реакции на хидрогениране. Тези реакции се провеждат в присъствието на катализатор при повишено налягане и температура. Катализаторът може да бъде хомогенен (напр. катализатор на Wilkinson) или хетерогенен (напр. никел на Реней, паладий върху въглен).
Така, по-специално, по време на каталитичното хидрогениране на ненаситени съединения, като алкени и алкини, се образуват наситени съединения, алкани.
Геохимия на водорода
Свободният водород Н 2 е сравнително рядък в земните газове, но под формата на вода играе изключително важна роля в геохимичните процеси.
Водородът може да присъства в минералите под формата на амониев йон, хидроксилен йон и кристална вода.
В атмосферата водородът се произвежда непрекъснато в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Имайки малка маса, водородните молекули имат висока скорост на дифузионно движение (тя е близка до втората космическа скорост) и, попадайки в горните слоеве на атмосферата, могат да отлетят в открития космос.
Характеристики на циркулацията
Водородът, когато се смеси с въздуха, образува експлозивна смес - така нареченият експлозивен газ. Този газ е най-експлозивен, когато обемното съотношение на водород и кислород е 2:1, или водород и въздух е приблизително 2:5, тъй като въздухът съдържа приблизително 21% кислород. Водородът също е опасен от пожар. Течният водород може да причини тежко измръзване, ако влезе в контакт с кожата.
Експлозивни концентрации на водород с кислород възникват от 4% до 96% обемни. При смесване с въздух от 4% до 75(74)% обемни.
Икономика
Цената на водорода при големи доставки на едро варира от $2-5 за кг.
Приложение
Атомен водород се използва за заваряване с атомен водород.
Химическа индустрия
- В производството на амоняк, метанол, сапун и пластмаси
- При производството на маргарин от течни растителни масла
- Регистрирана като хранителна добавка E949(пакет газ)
хранително-вкусовата промишленост
Авиационна индустрия
Водородът е много лек и винаги се издига във въздуха. Веднъж дирижабли и Балониизпълнен с водород. Но през 30-те години. 20-ти век имаше няколко катастрофи, по време на които дирижаблите експлодираха и изгоряха. В наши дни дирижаблите се пълнят с хелий, въпреки значително по-високата му цена.
гориво
Водородът се използва като ракетно гориво.
Провеждат се изследвания за използването на водород като гориво за автомобили и камиони. Водородните двигатели не замърсяват околен святи отделят само водни пари.
Водородно-кислородните горивни клетки използват водород за директно преобразуване на енергията от химическа реакция в електрическа енергия.
"течен водород"(„LW“) е течно състояние на агрегиране на водород с ниско специфично тегло от 0,07 g/cm³ и криогенни свойства с точка на замръзване 14,01 K (−259,14 °C) и точка на кипене 20,28 K (−252,87 °C). Това е безцветна течност без мирис, която при смесване с въздух се класифицира като експлозивна с диапазон на запалимост от 4-75%. Спиновото съотношение на изомерите в течния водород е: 99,79% - параводород; 0,21% - ортоводород. Коефициентът на разширение на водорода при промяна на агрегатното състояние към газообразно е 848:1 при 20°C.
Както при всеки друг газ, втечняването на водорода намалява неговия обем. След втечняване "ЖВ" се съхранява в термоизолирани съдове под налягане. Течен водород течен водород, LH2, LH 2) се използва широко в индустрията като форма за съхранение на газ и в космическата индустрия като ракетно гориво.
История
Първото документирано използване на изкуствено охлаждане през 1756 г. е от английския учен Уилям Кълън, Гаспар Монж е първият, който получава течното състояние на серен оксид през 1784 г., Майкъл Фарадей е първият, който получава втечнен амоняк, американският изобретател Оливър Еванс е пръв разработи хладилен компресор през 1805 г., Джейкъб Пъркинс е първият, който патентова охладителна машина през 1834 г., а Джон Гори е първият в САЩ, който патентова климатика през 1851 г. Вернер Сименс предложи концепцията за регенеративно охлаждане през 1857 г., Карл Линде патентова оборудване за производство на течен въздух, използвайки каскаден „ефект на разширение на Джаул-Томсън“ и регенеративно охлаждане през 1876 г. През 1885 г. полският физик и химик Зигмунд Вроблевски публикува критичната температура на водорода 33 К, критичното налягане 13,3 атм. и точка на кипене при 23 K. Водородът е втечнен за първи път от Джеймс Дюар през 1898 г. с помощта на регенеративно охлаждане и неговото изобретение, съдът на Дюар. Първият синтез на стабилен изомер на течен водород, параводород, е извършен от Пол Хартек и Карл Бонхофер през 1929 г.
Спинови изомери на водорода
Водородът при стайна температура се състои главно от спинов изомер, ортоводород. След производството течният водород е в метастабилно състояние и трябва да бъде преобразуван в своята параводородна форма, за да се избегне експлозивната екзотермична реакция, която възниква, когато се променя при ниски температури. Превръщането в параводородна фаза обикновено се извършва с помощта на катализатори като железен оксид, хромен оксид, активен въглен, покрит с платина азбест, редкоземни метали или чрез използване на уранови или никелови добавки.
Използване
Течният водород може да се използва като форма за съхранение на гориво за двигатели с вътрешно горене и горивни клетки. Различни подводници (проекти "212A" и "214", Германия) и концепции за транспортиране на водород са създадени с помощта на тази агрегатна форма на водород (вижте например "DeepC" или "BMW H2R"). Поради близостта на дизайна, създателите на оборудване на "ZHV" могат да използват или само да модифицират системи, които използват втечнен природен газ ("LNG"). Въпреки това, поради по-ниската обемна енергийна плътност, изгарянето изисква по-голям обем водород от природния газ. Ако се използва течен водород вместо "CNG" в бутални двигатели, обикновено се изисква по-обемна горивна система. При директно впръскване увеличените загуби във всмукателния тракт намаляват пълненето на цилиндрите.
Течният водород също се използва за охлаждане на неутрони в експерименти с разсейване на неутрони. Масите на неутрона и водородното ядро са почти равни, така че обменът на енергия по време на еластичен сблъсък е най-ефективен.
Предимства
Предимството на използването на водород е "нулевата емисия" на приложението му. Продуктът от взаимодействието му с въздуха е водата.
Препятствия
Един литър "ZHV" тежи само 0,07 кг. Това означава, че неговото специфично тегло е 70,99 g/L при 20 K. Течният водород изисква технология за криогенно съхранение, като специални термично изолирани контейнери и изисква специална обработка, която е обща за всички криогенни материали. В това отношение той е близък до течния кислород, но изисква повече внимание поради опасността от пожар. Дори в изолирани контейнери е трудно да се поддържа при ниската температура, необходима за поддържането му течен (обикновено се изпарява със скорост от 1% на ден). Когато работите с него, трябва да спазвате и обичайните мерки за безопасност при работа с водород - той е достатъчно студен, за да втечни въздуха, което е експлозивно.
Ракетно гориво
Течният водород е често срещан компонент на ракетните горива, който се използва за реактивно ускорение на ракети-носители и космически кораби. В повечето ракетни двигатели с течно гориво водородът първо се използва за регенеративно охлаждане на дюзата и други части на двигателя, преди да се смеси с окислител и да се изгори, за да се получи тяга. Използваните модерни двигатели, захранвани с H 2 /O 2, консумират повторно обогатен водород горивна смес, което води до малко неизгорял водород в отработените газове. В допълнение към увеличаването на специфичния импулс на двигателя чрез намаляване на молекулното тегло, това също намалява ерозията на дюзата и горивната камера.
Такива пречки за използването на "ZHV" в други области, като криогенна природа и ниска плътност, също са възпиращо средство за използване в този случай. За 2009 г. има само една ракета носител (РН "Делта-4"), която е изцяло водородна ракета. По принцип "ZHV" се използва или на горните етапи на ракетите, или на блокове, които изпълняват значителна част от работата по изстрелване на полезния товар в космоса във вакуум. Като една от мерките за увеличаване на плътността на този вид гориво има предложения за използване на водород, подобен на утайки, тоест полузамразената форма на "ZHV".
Водородът е открит през втората половина на 18 век от английския учен в областта на физиката и химията Г. Кавендиш. Той успява да изолира вещество в чисто състояние, започва да го изучава и описва свойствата му.
Такава е историята на откриването на водорода. По време на експериментите изследователят установи, че това е горим газ, чието изгаряне във въздуха дава вода. Това доведе до определяне на качествения състав на водата.
Какво е водород
Водородът, като просто вещество, е обявен за първи път от френския химик А. Лавоазие през 1784 г., тъй като той установява, че неговата молекула съдържа атоми от същия тип.
Името на химичния елемент на латински звучи като хидрогений (прочетете "хидрогениум"), което означава "раждане на вода". Името се отнася до реакцията на горене, която произвежда вода.
Характеризиране на водорода
Обозначаването на водорода Н. Менделеев възлага това химичен елементпървия пореден номер, поставяйки го в главната подгрупа на първа група и първия период и условно в главната подгрупа на седма група.
Атомното тегло (атомна маса) на водорода е 1,00797. Молекулното тегло на Н2 е 2 а. д. Моларната маса е числено равна на него.
Представен е от три изотопа със специално наименование: най-често срещаният протий (H), тежък деутерий (D) и радиоактивен тритий (T).
Това е първият елемент, който може да бъде напълно разделен на изотопи. по прост начин. Основава се на голямата масова разлика на изотопите. Процесът е извършен за първи път през 1933 г. Това се обяснява с факта, че едва през 1932 г. е открит изотоп с маса 2.
Физични свойства
При нормални условия, просто вещество под формата на водород двуатомни молекулиТова е газ без цвят, вкус и мирис. Слабо разтворим във вода и други разтворители.
Температура на кристализация - 259,2 o C, точка на кипене - 252,8 o C.Диаметърът на водородните молекули е толкова малък, че те имат способността да дифундират бавно през редица материали (каучук, стъкло, метали). Това свойство се използва, когато се изисква пречистване на водорода от газообразни примеси. При n. г. водородът има плътност 0,09 kg/m3.
Възможно ли е водородът да се превърне в метал по аналогия с елементите, разположени в първата група? Учените са установили, че водородът при условия, когато налягането се доближава до 2 милиона атмосфери, започва да абсорбира инфрачервени лъчи, което показва поляризацията на молекулите на веществото. Може би дори с повече високи налягания, водородът ще стане метал.
Интересно е:има предположение, че на гигантските планети Юпитер и Сатурн водородът е под формата на метал. Предполага се, че метален твърд водород присъства и в състава на земното ядро, поради свръхвисокото налягане, създавано от земната мантия.
Химични свойства
Както простите, така и сложните вещества влизат в химично взаимодействие с водорода. Но ниската активност на водорода трябва да се увеличи чрез създаване на подходящи условия - повишаване на температурата, използване на катализатори и т.н.
При нагряване прости вещества като кислород (O 2), хлор (Cl 2), азот (N 2), сяра (S) реагират с водород.
Ако запалите чист водород в края на газовата тръба във въздуха, той ще гори равномерно, но едва забележимо. Ако обаче изходната тръба за газ се постави в атмосфера на чист кислород, тогава горенето ще продължи с образуване на водни капки по стените на съда, в резултат на реакцията:
Изгарянето на водата е съпроводено с отделяне на голямо количество топлина. Това е екзотермична комбинирана реакция, при която водородът се окислява от кислород, за да се образува оксидът H 2 O. Това е също редокс реакция, при която водородът се окислява и кислородът се редуцира.
По същия начин реакцията с Cl 2 протича с образуването на хлороводород.
Реакцията между азот и водород изисква висока температура и високо кръвно налягане, както и наличието на катализатор. Резултатът е амоняк.
В резултат на реакцията със сярата се образува сероводород, чието разпознаване улеснява характерната миризма на развалени яйца.
Степента на окисление на водорода в тези реакции е +1, а в хидридите, описани по-долу, е 1.
При взаимодействие с някои метали се образуват хидриди, например натриев хидрид - NaH. Някои от тези сложни съединения се използват като гориво за ракети, както и в термоядрен синтез.
Водородът реагира и с вещества от категорията на комплекса. Например, с меден (II) оксид, формулата CuO. За да се осъществи реакцията, медният водород се прекарва върху нагрят прахообразен меден (II) оксид. В процеса на взаимодействие реагентът променя цвета си и става червено-кафяв, а капчици вода се утаяват върху студените стени на епруветката.
По време на реакцията водородът се окислява до образуване на вода, а медта се редуцира от оксид до просто вещество (Cu).
Области на използване
Водородът е от голямо значение за хората и се използва в различни области:
- В химическата промишленост това са суровини, в други отрасли е гориво. Не правете без водород и предприятията от нефтохимията и нефтопреработката.
- В електроенергетиката това просто вещество действа като охлаждащ агент.
- В черната и цветната металургия водородът играе ролята на редуциращ агент.
- С тази помощ се създава инертна среда при опаковането на продуктите.
- Фармацевтичната индустрия използва водород като реагент при производството на водороден пероксид.
- Метеорологичните сонди са пълни с този лек газ.
- Този елемент е известен също като редуктор на горивото за ракетни двигатели.
Учените единодушно прогнозират, че водородното гориво ще бъде лидер в енергийния сектор.
Получаване в индустрията
В промишлеността водородът се произвежда чрез електролиза, която се подлага на хлориди или хидроксиди на алкални метали, разтворени във вода. Също така е възможно да се получи водород по този начин директно от водата.
За тази цел се използва превръщането на кокс или метан с пара. Разлагането на метана при повишена температура също произвежда водород. Втечняването на коксовия газ по фракционния метод се използва и за промишлено производство на водород.
Получаване в лабораторията
В лабораторията се използва апарат на Kipp за получаване на водород.
Като реагенти действат солна или сярна киселина и цинк. В резултат на реакцията се образува водород.
Откриване на водород в природата
Водородът е най-често срещаният елемент във Вселената. По-голямата част от звездите, включително Слънцето и други космически тела, е водород.
Той е само 0,15% в земната кора. Съдържа се в много минерали, във всички органични вещества, както и във водата, която покрива 3/4 от повърхността на нашата планета.
В горните слоеве на атмосферата могат да бъдат намерени следи от чист водород. Среща се и в редица горими природни газове.
Газообразният водород е най-тънкият, а течният водород е най-плътното вещество на нашата планета. С помощта на водород можете да промените тембъра на гласа, ако го вдишвате, и да говорите, докато издишвате.
Най-мощната водородна бомба се основава на разцепването на най-лекия атом.