Водород в природе (0,9% в земной коре)

№1 Водород

Начиная с XV века, многие исследователи отмечали выделение горючего газа при взаимодействии кислот с металлами. Первое подробное описание водорода, под названием “горючий воздух” и “дефлогистированный воздух” дал английский химик Генри Кавендиш в 1766 году.

В 1783 году Антуан Лавуазье доказал что водород входит в состав воды и включил его в свою таблицу химических элементов под названием hydrogеne (рождающий воду). Русское название “водород” предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году – по аналогии с “кислородом” М.В.

Ломоносова.

Нахождение в природе и получение:

На долю водорода приходится около 92% всех атомов Вселенной. Он основная составная часть вещества звезд и межзвездного газа, в виде соединений образует атмосферу многих планет. На Земле доля атомов водорода 17%, он входит в состав самого распространенного вещества – воды, в состав соединений образующих живые организмы, где доля его атомов около 50%.

В то же время массовая доля водорода на Земле (земная кора + гидросфера) около 1,5% Основным методом получения водорода в лаборатории являются взаимодействие металлов (Zn, Fe) с разбавленными кислотами, а также электролиз растворов щелочей.

В промышленности водород получают при электролизе растворов солей (NaCl), конверсией или каталитическим окислением метана, при крекинге или риформинге углеводородов (нефтепереработка).

Конверсия метана: CH4 + H2O

Физические свойства:

Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия и символы: 1H – протий (Н), 2Н – дейтерий (D), 3Н – тритий (T). Природный водород содержит 99,99% протия и 0,01% – дейтерия. Тритий содержится в природе в очень малых количествах, он радиоактивен с периодом полураспада 12,32 лет.

Простое вещество H2, самый лёгкий газ, без цвета, запаха и вкуса, температура плавления -259,1, кипения -252,8°C, малорастворим в воде – 18,8 мл/л. Водород хорошо растворим во многих металлах (850 объёмов на 1 объём Pd), способен легко диффундировать через металические мембраны.

Тяжелый водород D2 имеет вдвое большую плотность и несколько более высокие температуры плавления и кипения (-254,5°C и -249,5°C)

Химические свойства:

При обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами (напр. с кальцием) и неметаллами: фтором (без освещения, со взрывом), хлором (на свету, со взрывом). С большинством неметаллов реагирует при нагревании (с кислородом реакция протекает при поджигании мгновенно).

Смесь кислорода с водородом 1:2 называется “гремучим газом”. Обладает ярко выраженными восстановительными свойствами, восстанавливая оксиды металлов: железа, меди, свинца, вольфрама и т.д.

В присутствии катализаторов (Pt, Ni) присоединяется по кратным связям органических соединений (реакция гидрирования).

Важнейшие соединения:

Оксид водорода, H2O – вода – бесцветная жидкость, без цвета, без запаха, без вкуса. Аномальные физические свойства воды (Тпл = 0°С, Ткип = 100°С) обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

Является амфолитом, диссоциируя с образованием ионов гидроксония и гидроксид-ионов, однако степень диссоциации 1,8*10-16, поэтому чистая вода почти не проводит электрический ток. Вода – весьма реакционноспособное вещество.

Основные реакции: – реакции соединения с оксидами активных металлов и неметаллов, с образованием соответствующих гидроксидов основного или кислотного характера; – реакции гидролиза (обратимого и необратимого) многих неорганических и органических веществ;

– реакции гидратации – присоединение воды по кратным связям органических соединений.

Пероксид водорода – H2O2 – бесцветная сиропообразная жидкость, без цвета, без запаха, с неприятным металлическим вкусом. В максимальной концентрации – жидкость (с плотностью около 1,5 г/см3), Тпл -0,43°C, Ткип 150°C. В воде, этиловом спирте, этиловом эфире растворяется в любых соотношениях.

В концентрированных растворах пероксид водорода неустойчив, разлагается на воду и кислород со взрывом. Вызывает сильные ожоги. Обычно применяется в виде разбавленных (3%-30%) растворов. Окислитель? на чем использовано его применение как отбеливателя, дезинфицирующего средства и т.д.

В природе встречается в нижних слоях атмосферы, в атмосферных осадках.

Гидриды ионные – MHx – соединения водорода с щелочными и щелочноземельными металлами, где водород имеет степень окисления -1. Солеподобные твердые вещества. Восстановители. Водой и кислотами разлагаются с выделением водорода: NaH + H2O → NaOH + H2↑

Гидриды ковалентные – HxX – соединения водорода с неметаллами, где водород имеет степень окисления +1. Газы, многие ядовиты. Восстановители за счет неметалла. Свойства меняются от инертных (метан) до кислотных (галогенводороды). Аммиак NH3 и, слабее, фосфин PH3 проявляют основные свойства. За исключением галогенводородов горючи с образованием соответствующих оксидов.

Применение:

Одно из первых применений водорода – летательные аппараты легче воздуха: воздушные шары и дирижабли. Из-за высокой пожароопасности водорода это применение было прекращено, за исключением метеозондов.

Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки. Жидкий водород – один из видов ракетного топлива. В водородно-кислородных топливных элементах водород используется для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.

Как восстановитель при получении некоторых металлов, для получения твердых жиров гидрированием растительных масел. В химической промышленности – получение аммиака, хлороводорода и др.

Пероксид водорода: 3%-ный раствор применяют в медицине, косметологии, в промышленности для отбеливания соломы, перьев, клея, мехов, кожи и т.д., 60%-ный раствор применяют для отбеливания жиров и масел. Сильно концентрированные растворы (85-90%) в смеси с некоторыми горючими веществами применяются для получения взрывчатых смесей, как окислитель в ракетных и торпедных двигателях.

Дейтерид лития-6: как источник дейтерия и трития в термоядерном оружии (водородная бомба). См. Ядерные реакции дейтерида лития. (анимированные модели).

Новикова О., Пасюк Е.
ТюмГУ, 502 группа, 2013 г.

Источник: http://www.kontren.narod.ru/x_el/info01.htm

ПОИСК

    Распространенность химических элементов в земной коре характеризуется так называемыми кларками — атомными или весовыми. Первые указывают относительное содержание (в процентах) атомов, вторые — массу элемента (в процентах).

Для водорода, натрия и магния весовые кларки равны соответственно 1 2,40 2,35, а атомные — 17,25 1,82 1,72. Покажите, что между первым и вторым рядами чисел имеется соответствие. [c.26]
    Водород — самый распространенный элемент Вселенной. Он составляет основную массу Солнца, звезд и других космических тел.

В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Они и являются источником неисчислимого количества энергии, излучаемого звездами в космическое пространство. Распространенность водорода на Земле существенно иная.

В свободном состоянии на Земле он встречается сравнительно редко — содержится в нефтяных и горючих газах, присут ствует в виде включений в некоторых минералах.

Некоторое количество водорода появляется постоянно в атмосфере в результате разложения органических веществ микроорганизмами, но затем водород быстро перемещается в стратосферу вследствие его легкости.

Основная масса водорода в земной коре находится в виде химических соединений с другими элементами большая часть его связана в форме воды, глин и углеводородов последние составляют основу нефти и входят составной частью в природные горючие газы.

Кроме того, растительные и животные (организмы содержат сложные вещества, в состав которых обязательно входит водород. Общее содержание водорода составляет 0,88% массы земной коры, и по распространенности на Земле он занимает 9-е место. [c.293]

    Нахождение в природе. Водород распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах. Содержание водорода в земной коре достигает 0,15% ее массы (с учетом гидросферы — 1%). Составляет половину массы Солнца. [c.202]

    Если сравнить химический состав Земли с составом Вселенной, то, казалось бы, между ними не должно быть существенных различий, за исключением, пожалуй, водорода, который легко уходит из атмосферы в межпланетное пространство.

К сожалению, судить о составе Земли можно лишь по составам атмосферы, гидросферы и земной коры, изученной в глубину не более чем на 20 км. Главная химическая особенность этих трех сфер — необычайно высокое содержание кислорода, что объясняется уже не строением ядер его атомов, а его химическими свойствами.

Атомы кислорода способны образовывать прочные химические связи с атомами многих элементов, в том числе кремния и алюминия. В процессе образования земной коры эти элементы накапливались в ней благодаря легкоплавкости их соединений со щелочами. В итоге на поверхности нашей планеты выкристаллизовалась твердая кремнекислородная оболочка.

Кислород, не считая воды, входит в состав 1364 минералов. В атмосфере кислород появился около 1,8 млрд. лет назад в результате действия на минералы микроорганизмов. В настоящее время выделение кислорода растениями за счет фотосинтеза возмещает его убыль в атмосфере в ходе процессов окисления, горения, гниения, дыхания.

По числу известных природных соединении (432) второе место занимает кремний. Далее по распространенности атомов в земной коре следуют алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий  [c.201]

    Источники газообразных углеводородов — в первую очередь, природные и нефтяные попутные газы, а также некоторые синтетические газы, полученные при переработке горючих ископаемых (например, термическая и термокаталитическая переработка нефти и нефтепродуктов, термическое разложение — газификация — твердого и жидкого топлив, а также коксование твердого топлива — коксовый газ). В отличие от природных, синтетические газы наряду с алканами содержат также и ненасыщенные углеводороды, значительные количества водорода и др. Природные газы содержат в основном метан и менее 20 % в сумме этана, пропана и бутана, примеси легкокипящих жидких углеводородов — пентана, гексаиа и др. Кроме того, присутствуют малые количества оксида углерода (IV), азота, сероводорода и благородных газов. Многие горючие природные газы, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана. С увеличением глубины отбора содержание гомологов метана обычно растет. Образование горючих природных газов — в основном результат катагенетического преобразования органических веществ осадочных горных пород. Залежи горючих газов формируются в природных ловушках на путях его миграции. Миграция происходит при статической или динамической нагрузке пород, выжимающих газ, а также свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Подземными природными резервуарами для 85 % общего числа газовых и газоконденсатных залежей являются песчаные, песча-но-алевритные и алевритные породы, нередко переслоенные глинами. В остальных 15 % случаев коллекторами газа служат карбонатные породы. Все газовые и газонефтяные месторождения приурочены к тому или иному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры. Все больше открывается газовых месторождений в зоне шельфа и в мелководных бассейнах, например Северное море. Наиболее крупные газовые месторождения СССР—Уренгойское и Заполярное — приурочены к меловым отложениям Западно-Сибирского бассейна. [c.194]

    Для характеристики распространенности элементов в земной коре Ферсман ввел понятие об атомных процентах, т. е. о процентном содержании в земной коре атомов элементов. Атомные проценты и проценты по кассе для одного и того же элемента различны Так, водород по числу его атомов в земной коре занимает третье место (17%), а по массе — девятое (1%). [c.23]

    Распространение в природе. Водород — наиболее распространенный элемент в космосе (звезды, межзвездная среда, туманности, большие планеты — Юпитер, Сатурн), в состав космической материи входит 63 % Н, 36 % Не и 1 % остальных элементов.

На Земле водород встречает(у1 главным образом в химически связанном виде (вода, живые организмы, нефть, уголь, минералы) в составе стратосферы имеется частично ионизированный свободный водород.

В земной коре до глубины 17 км содержание водорода составляет [c.263]

    Водород широко распространен в природе. Он входит в состав воды, некоторых горных пород, ископаемого топлива, всех растительных и животных организмов. Содержание водорода в земной коре (литосфере и гидросфере) составляет около 1 % мае.

, в атмосфере в свободном состоянии водород присутствует в ничтожных количествах (10″ % об.). Основными промышленными источниками водорода являются вода, природные углеводородные газы, обратный коксовый газ, генераторные газы.

Помимо этого, водород — побочный продукт ряда производств синтеза ацетилена, электролитического получения щелочей. [c.204]

    Содержание в земной коре приведенных в таблице 2 элементов составляет около 94,5 мол. доли, %, или 98,5 масс, доли, %. За ними следуют титан, фосфор, водород, марганец. [c.10]

    Природные ресурсы. Содержание водорода в земной коре составляет 1.0% (масс.) или 16% (ат.). Водород в основном находится в виде Н2О. В свободном состоянии, в виде атомов и в виде молекул Нг, он содержится в ничтожном количестве в верхних слоях атмосферы. Немного водорода входит в состав вулканических и природных газов. [c.452]

    Водород в природе. Получение водорода. Водород в свободном состоянии встречается на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добывании нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен.

Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех растительных и животных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%.

Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре равно 17%  [c.342]

    Более точно характеризует распространенность элементов в природе не их относительное содержание по весу (весовые проценты), а относительное содержание их атомов атомные процен-ты).

Так, в весовых процентах содержание водорода в земной коре всего 0,87 %, а в атомных процентах он по распространенности занимает второе место после кислорода — 16,95% (рис.

41 а — атомные проценты б — весовые проценты). [c.107]

    Водород представляет собою бесцветный газ, ве имеющий запаха, несколько напоминающий по своим свойствам металл. Содержание водорода в земной коре составляет 0,88 /о. [c.25]

    Такое большое различие между величинами, выражающими содержание водорода в процентах от общего числа атомов н в процентах по массе, объясняется тем, что атомы водорода намного легче атомов других элементов, в частности, наиболее распространенных в земной коре кислорода и кремния. [c.342]

    Водород — распространенный элемент, его содержание в земной коре составляет 1,0 мае. долей, %. В основном он встречается в впде воды Н2О, Входит в состав тканей организмов животных и расте-нт 1, содержится в природиом газе, в связанном состоянии — в нефти. [c.245]

    Водород широко распространен в природе. Содержание его в земной коре (атмосфера, литосфера и гидросфера) составляет 17 ат. о. Он входит в состав воды, глин, каменного и бурого угля, нефти и т. д., а также во все животные и растительные организмы.

В свободном состоянии водород встречается крайне редко (в вулканических и других природных газах). Водород — самый распространенный элемент космоса он составляет до половины массы Солнца и большинства звезд. Гигантские планеты солнечной системы Юпитер и Сатурн в основном состоят из водорода.

Он присутствует в атмосфере ряда планет, в кометах, газовых туманностях и межзвездном газе. [c.288]

    Для атмосферы, земной коры и океана данные приводятся в частях на миллион, т. е, в кубических сантиметрах на кубический метр (атмосфера), граммах на тонну (1000 кг) или в миллиграммах на килограмм (корг Земли) Относительная распространенность элементов на Солнце взята из работы (Ross J.

E., АПиг L.H. S ien e, 1976, 191, 1223 она выражена относительно водорода (распространенность которого принята равной 1-10 ). Приводится логарифм этой относительной распространенности. Эти данные можно также найти в приложении А к работе [10].

Соответствующие значения для мышьяка, селена, теллура, иода, тантала, криптона и ксенона не приве.дены, так как их спектральные линии замаскированы линиями более распростргненных элементов.

Данные для некоторых других элементов, особенно для тяжелых радиоактивных, также опущены из-за слишком малого их содержания. [c.14]

    Содержание германия в земной коре составляет 7-10″ %. Основная масса германия находится в сильно рассеянном состоянии в сульфидных (преимущественно сульфидно-цинковых) и силикатных рудах, а также в каменных углях.

При переработке сульфидно-цинковых руд (содержание Ое от 0,001 до 0,1%) и некоторых углей (0,001—0,01% (Зе) германий концентрируется в пылях, которые и являются основным сырьем для его выделения.

Обогащенное германием сырье обрабатывают соляной кислотой и выделяют четыреххлористый германий.

Из тщательно очищенного перегонкой четыреххлористого германия осаждают гидроокись, которую прокаливанием переводят в двуокись и последнюю восстанавливают водородом при 600° С. Полученный порошкообразный металлический германий переплавляют в слиток в атмосфере азота. [c.206]

    Из 108 химических элементов, известных в настоящее время, в составе земной коры обнаружено 88. Но основными в земной коре являются восемь элементов кислород, кремний, алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий.

Суммарное содержание этих элементов составляет 98,5 масс, доли, %. Менее распространены титан, фосфор, водород и марганец. Их общее содержание в земной коре равно примерно 1 масс, доли, %.

Следовательно масс, доля остальных 76 химических элементов менее 0,6%. [c.244]

    В земной коре содержание водорода составляет 1 %. В природе он встречается как в свободном состоянии (вулканические газы, газы нефтяных скважин, верхние слои атмосферы), так и в виде соединений. Наиболее распространенным соединением является вода, где содержание водорода составляет 11,11%. [c.156]

    Природные ресурсы. Содержание водорода в земной коре составляет 1,0% (масс.) или 16% (ат.). Водород, в основном, находится в виде НгО. В Свободном состоянии, в виде атомов, он имеется е. ничтожном количестве в верхних слоях атмосферы.

Кроме того, немного водорода содержат вулканические и природные газы. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, в атмосфере Солнца его содержание составляет 84%. Он входит в состав всех живых существ.

Значительные количества связанного врдорода содержат нефть и природный газ. [c.462]

    Природные соединения и получение кремния. Содержание кремния в земной коре составляет 27,6 мае. долей, %, и по распространенности он уступает только кислороду.

При оценке распространенности элементов в атомных долях в % кремний смещается на третье место, располагаясь после кислорода и водорода. В природе кремний находится только в связанном состоянии.

Среди важнейших минералов кремния кремнезем5102, каолинит А14(5]40, )(0Н)й, полевые шпаты Ме(А151зОв), где Ме—Ыа, К, слюды МеЭ(А15 зОю) (ОН, Р)а, где Ме — Ыа, К, а Э — А1, Ре. [c.199]

    Водород — один из наиболее распространенных элементов на Земле. Его общее содержание в земной коре составляег 1%(масс.). При пересчете на атомарные [c.251]

    Согласно орг. теории, Н.-жидкая гидрофобная фаза продуктов фоссилизации (захоронения) орг. в-ва (керогена) в водно-осадочных отложениях. Нефтеобразование представляет собой многостадийный, весьма продолжительный (обычно много млн. лег) процесс, начинающийся еще в живом в-ве.

Обязательное его требовате-существование крупных областей погружения земной коры (осадочных бассейнов), в ходе развития к-рых породы, содержащие орг. в-во, могли достичь зоны с благоприятными термобарич, условиями для образования Н. Осн. исходное в-во Н.-планктон, обеспечивающий наиб, биопродукцию в водоемах и накопление в осадках орг.

в-ва сапропелевого типа, характеризуемого высоким содержанием водорода. Генерирует Н. также гумусовое в-во, образующееся гл. обр. из растит, остатков. [c.233]

    Все Э. X. образовались в результате многообразных сложных процессов ядерного синтеза в звездах и космич. пространстве. Эти процессы описываются разл. теориями происхождения Э. X., к-рые объясняют особенности распространенности Э. X. в космосе. Наиб, распространены в космосе водород и гелий, а в целом распространенность элементов уменьшается по мере роста 2.

Такая жЬ тенденция сохраняется и для распространенности Э. х. на Земле, однако на Земле наиб, распространен кислород (47% от массы земной коры), далее следуют кремний (27,6%), алюминий (8,8%), железо (4,65%). Эти элементы вместе с кальцием, натрием, калием и магнием составляют более 99% массы земной коры, так что на долю остальных Э. х. приходится менее 1% (см. Кларки химических элементов).

Практич. доступность Э. х.. определяется не только величинои их распространенности, но и способностью концентрироваться в ходе геохим. процессов. Нек-рые Э.х. не образзтот собств. минералов, а присугствуют в виде примесей в минералах других. Они наз. рассеянными (рубидий, галлий, гафний и др.). Э. х., содержание к-рых в земной коре менее 10 -10 %, объединяются понятием редких (см.

Редкие элементы). [c.472]

Источник: http://chem21.info/info/701528/

Водород

ВОДОРОД, Н (лат. hydrogenium; а. hydrogen; н. Wasserstoff; ф. hydrogene; и.

hidrogeno), — химический элемент периодической системы элементов Менделеева, который относят одновременно к I и VII группам, атомный номер 1, атомная масса 1,0079.

Природный водород имеет стабильные изотопы — протий (1Н), дейтерий (2Н, или D) и радиоактивный — тритий (3Н, или Т). Для природных соединений Земли среднее отношение D/Н = (158±2)•10-6 Равновесное содержание 3Н на Земле ~5•1027 атомов.

Физические свойства водорода

Водород впервые описал в 1766 английский учёный Г. Кавендиш. При обычных условиях водород — газ без цвета, запаха и вкуса. В природе в свободном состоянии находится в форме молекул Н2. Энергия диссоциации молекулы Н2 — 4,776 эВ; потенциал ионизации атома водорода 13,595 эВ.

Водород — самое лёгкое вещество из всех известных, плотность при 0°С и 0,1 МПа 0,0899 кг/м3; t кипения- 252,6°С, t плавления — 259,1°С; критические параметры: t — 240°С, давление 1,28 МПа, плотность 31,2 кг/ м3.

Наиболее теплопроводный из всех газов — 0,174 Вт/(м•К) при 0°С и 1 МПа, удельная теплоёмкость 14,208•103 Дж(кг•К).

Химические свойства водорода

Жидкий водород очень лёгок (плотность при -253°С 70,8 кг/м3) и текуч (вязкость при -253°С равна 13,8 сП). В большинстве соединений водород проявляет степень окисления +1 (подобен щелочным металлам), реже -1 (подобен гидридам металлов).

В обычных условиях молекулярный водород малоактивен; растворимость в воде при 20°С и 1 МПа 0,0182 мл/г; хорошо растворим в металлах — Ni, Pt, Pd и др. С кислородом образует воду с выделением тепла 143,3 МДж/кг (при 25°С и 0,1 МПа); при 550°С и выше реакция сопровождается взрывом. При взаимодействии с фтором и хлором реакции идут также со взрывом.

Основные соединения водорода: вода Н2О, аммиак NH3, сероводород Н2S, метан CH4, гидриды металлов и галогенов CaH2, HBr, Hl, а также органические соединения С2Н4, HCHO, CH3OH и др.

Водород в природе

Водород — широко распространённый в природе элемент, содержание его в земной коре 1 % (по массе). Главный резервуар водорода на Земле — вода гидросферы (11,19%, по массе). Водород — один из основных компонентов всех природных органических соединений.

В свободном состоянии присутствует в вулканических и других природных газах, в атмосфере (0,0001%, по числу атомов). Составляет основную часть массы Солнца, звёзд, межзвёздного газа, газовых туманностей. В атмосферах планет присутствует в форме Н2, CH4, NH3, Н2О, CH, NHOH и др.

Входит в состав корпускулярного излучения Солнца (потоки протонов) и космических лучей (потоки электронов).

Получение и применение водорода

Сырьё для промышленного получения водорода — газы нефтепереработки, природные газы, продукты газификации угля и др.

Основные способы получения водорода: реакция углеводородов с водяным паром, неполное окисление углеводородов кислородом, конверсия окиси углерода, электролиз воды.

Водород применяют для производства аммиака, спиртов, синтетического бензина, соляной кислоты, гидроочистки нефтепродуктов, резки металлов водородно-кислородным пламенем.

Водород — перспективное газообразное горючее. Дейтерий и тритий нашли применение в атомной энергетике.

Источник: http://www.mining-enc.ru/v/vodorod

Положение водорода в Периодической системе. Изотопы. Нахождение в природе

    Атом водорода 'Н состоит из одного протона и одного электрона. Электрон­ная конфигурация водорода 1s1подобна конфигурации валентных электронов атомов щелочных металлов. Однако водород нельзя считать электронным ана­логом щелочных металлов из-за отсутствия у него внутренней электронной подкладки.

Как и щелочные металлы, водород является восстановителем, про­являет степень окисления +1, его спектры испускания и поглощения состоят из небольшого набора линий. Подобно галогенам атому водорода для заверше­ния внешнего слоя не достает одного электрона. Этим и обусловлено суще­ствование гидрид-иона Н–.

В то же время по значению первой энергии (потен­циала) ионизации I1= 1312 кДж/моль водород оказывается ближе элементам 14-й группы (для углерода I1= 1086 кДж/моль). Подобно элементам 14-й груп­пы водород обладает наполовину заполненным внешним энергетическим уров­нем. Таким образом, водород занимает особое положение в Периодической системе.

Недаром в первом варианте Периодической системы 1869 г. Д.И. Мен­делеев выделил его в особую графу.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Он входит в состав звезд и межгалактического газа. Водород — самый легкий из элементов, поэтому его атомы легче других преодолевают гравитационное поле и покида­ют атмосферу Земли.

Именно этим объясняется тот факт, что по числу атомов в земной коре водород занимает третье место (15,4 %), уступая более тяжелым элементам — кислороду и кремнию. На долю водорода приходится примерно 0,15 % массы всей земной коры (он стоит на девятом месте по распространен­ности, выраженной в мас. %).

На Солнце и других звездах водород находится в атомарном состоянии, в межзвездной среде — в виде частично ионизованных двухатомных молекул. В следовых количествах водород в виде простого веще­ства содержится в верхних слоях атмосферы Земли. Однако большая часть на­ходящегося на Земле водорода связана в воду — главное соединение этого элемента.

Водород является составной частью подавляющего большинства орга­нических соединений, он входит в состав природного газа, нефти, белков, жиров и углеводов.

    Несмотря на высокую распространенность, водород открыли лишь в первой половине XVI в. Р.Бойль и его современники наблюдали выделение горючего газа при взаимодей­ствии некоторых металлов с кислотами.

Столетие спустя Г. Кавендиш изучил свойства этого «горючего воздуха», как тогда называли водород. По предложению А.Лавуазье новый элемент был назван «водородом» (Hydrogenium), что означает «рождающий воду».

Водород образует несколько изотопов. В природе преобладает самый легкий из них 'Н, иногда называемый протием. Лишь 0,0156 % природного водорода приходится на долю «тяжелого» водорода — дейтерия (2Н или D), в ядро которо­го помимо протона входит один нейтрон. Подобно протию дейтерий не является радиоактивным.

Масса дейтерия вдвое больше массы протия, поэтому свойства образуемых ими соединений (НСl и DCl, Н20 и D20) различны.

Так, темпера­туры кипения простых веществ монотонно возрастают при переходе от протия к дейтерию и тритию (3Н или Т): Н2 (-252,8 °С), HD (-251,0 °С), D2(-249,5 °С), DT (-248,8 °С), Т2 (-248,1 °С), что связано с ростом силы дисперсионного взаимо­действия.

    

В природе в следовых количествах встречается также изотоп водорода с массо­вым числом 3 — тритий Т. Лишь каждый из 1017 атомов водорода — это атом Т, поэтому неудивительно, что его сначала получили искусственно, бомбарди­руя дейтронами (ядрами дейтерия) тяжелую ортофосфорную кислоту D3P04: 2D + 2D = 3T + 'Н, а лишь затем обнаружили в природе. Столь низкое содержание

трития в земной коре объясняется его радиоактивностью

(13T = 23He + e–

)

с периодом полураспада 12,35 года. Тяжелая вода Т20 на основе трития обладает такой сильной радиоактивностью, что мгновенно распадается из-за сильного радиолиза. Поэтому обычно пользуются разбавленными растворами, содержа­щими 1 % Т20. Тритий является чистым

β

-излучателем без примеси

γ

-компоненты, поэтому он относительно безопасен, так как

β

-частицы обладают на­столько низкой проникающей способностью, что задерживаются листом бу­маги или слоем воздуха в 3 мм. В настоящее время тритий получают в ядерных реакторах при облучении лития нейтронами:

3

6

Li + 01n = 24He + 13T

. Тритий имеет важное значение в реакциях термоядерного синтеза:

1

2

D + 13T = 24He + 01n

,

проте­кающих при взрыве водородной бомбы.

Взрыв водородной бомбы. Видео.

     Тяжелая вода. Вода D20, образованная атомами дейтерия, — тяжелая вода — замерзает при 3,82 °С, а кипит при 101,4 °С; при 20 °С она имеет плотность 1,106 г/см3, в то время как обычная вода — 0,998 г/см3. Ядра дейтерия имеют ядерный момент, равный 1, а не '/2, как у легкого изотопа.

С этим связано использование тяжелой воды и других дейтерированных растворителей (напри­мер, дейтерохлороформа CDCl3) в спектроскопии ядерного магнитного резо­нанса.

Однако главное применение тяжелая вода находит в ядерной технике в качестве замедлителя быстрых нейтронов благодаря тому, что дейтерий в отли­чие от протия имеет более низкое сечение захвата нейтронов. Тяжелая вода ока­зывает губительное действие на высших животных и человека.

Так, замена одной трети Н20 на D20 приводит к бесплодию, нарушению углеводного баланса и анемии. Интересно, что некоторые типы водорослей способны существовать даже в 99,5 %-й тяжелой воде.

Впервые тяжелую воду получили в виде остатка при вакуумной перегонке большого количества воды. Сейчас дейтерий выделяют из природной смеси пу­тем изотопного обмена между водой и сероводородом:

                                     H2S(г.) + D20 ↔ HSD(г.) + HOD (ж.)                                            Дейтерирование, т.е.

замещение водорода на дейтерий, осуществляется бла­годаря сильному диполь-дипольному взаимодействию между молекулами, ко­торое и приводит к разрыву одних связей и образованию других.

При высокой температуре и давлении порядка 2 МПа дейтерий концентрирует­ся преимущественно в сероводороде D2S, его отделяют и переводят в D20. Для получения 1 л тяжелой воды требуется 41 т воды и 135 т сероводорода.

нш

Источник: http://ximiascience.ucoz.ru/board/neochem_chemnpereheltov/vodorod/polozhenie_v_periodicheskoj_sisteme_izotopy_nakhozhdenie_v_prirode/2-1-0-4

Водород

Общие сведения и методы получения

Водород (Н) — химический элемент, расположенный в Периодической системе или в 1, или в VII группах.

Двойственное положение водорода определяется особенностями его электронного строения и проявляемыми в соединениях степенями окисления (см. Физические свойства).

В связи с тем что при степени окисления +1 водород не является аналогом подгруппы лития, мы приняли решение поместить его в VII группу.

В обычных условиях водород — газ без цвета, запаха и вкуса.

В трудах химиков XVI и XVII вв. неоднократно упоминалось о вы­делении горючего газа при действии кислот на металлы. В 1766 г. Ка-вендиш (Англия) собрал и исследовал выделяющийси газ, назвав его «горючий воздух». В 1787 г. Лавуазье определил «горючий воздух» как новый химический элемент. Современное русское название «водород» было предложено Соловьевым в 1824 г.

Широко распространен в природе. Соединения водорода в земной коре (литосфера и гидросфера) составляют 1 % (по массе), в воде 11,19 % (по массе) водорода.

Входит в состав бурых и каменных углей, иефти, природных газов, глины, животных и растительных организмов, ряда минералов.

В свободном состоянии встречается редко: в неболь­ших количествах содержится в вулканических газах, в некоторых при­родных газах.

Основным сырьем для промышленного получения водорода служат природные горючие газы, коксовый газ, газы нефтепереработки, продук­ты газификации угля и воды.

В промышленности водород получают главным образом из природ­ного газа (СН4), смешивают его с водяным паром и кислородом и на­гревают до 1073—1173 К в присутствии катализатора — никеля. Водо­род, добываемый из природного газа, самый дешевый.

Получают водо­род и другими способами: конверсией оксида углерода из водяного и паровоздушного газов, выделяемых при газификации угля; пропуская постоянный электрический ток через 34 %-ный раствор КОН или 25 %-ный раствор NaOH .

Из коксового газа и газов нефтепереработки полу­чают азотоводородную смесь.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 1, атомная масса 1,00797 а.е.м., атомный объем 11,20*10-6 м3/моль, атомный радиус 0,046 нм, ионный радиус Н~ 0,154 нм. Строение внешних электронных оболочек Is ', по­тенциал ионизации / 13,595 эВ; сродство к электрону Н°-»-Н- 0,75 эВ; электроотрицательность 2,1.

Молекула водорода Нг состоит из двух атомов, связанных ковалент-но, неполярно, межатомное расстояние в молекуле 0,0741 нм; диаметр молекулы 0,25—0,277 нм; степень диссоциации при 2773 К 0,0013, при 5273 К 0,95; энергия диссоциации 4,776 эВ.

Кристаллическая решетка водорода при 1,65 К гексагональная с периодами решетки а=0,376 нм, с=0,613 нм; при 4,2 К — кубическая с периодом решетки а=0,535 нм; координационное число равно 12.

Природный водород состоит из смеси двух устойчивых изотопов: легкого водорода — протия ('Н) с массой 1,008142 а. е.м., содержащегося в естественном элементе в количестве от 99,9849 до 99,9861 %, и тяжелого водорода — дейтерия (2Н или D ) с массой 2,014735 а. е. м.

, содержание которого от 0,0139 до 0,0151 %. В природных соединениях на 1 атом 2Н приходится 6800 атомов 'Н.

Химические свойства

Нормальные электродные потенциалы сро реакций в водных растворах при 25 °С:

Электрохимический эквивалент водорода (одновалентного) равен 0,01045 мг/Кл; дейтерия (одновалентного)—0,02088 мг/Кл. В соедине­ниях проявляет степень окисления +1, —1.

В нормальных условиях молекулярный водород сравнительно мало химически активен: вступает в реакцию лишь с наиболее активными неметаллами (со фтором, хлором и др.), но при нагревании вступает в реакции со' многими элементами, присоединяется к ненасыщенным угле­водородам. В реакциях является восстановителем, значительно реже окислителем.

Атомарный водород более активен, чем молекулярный. Даже при комнатной температуре он восстанавливает многие оксиды металлов, непосредственно соединяется со многими неметаллами (серой, азотом, фосфором, кислородом и др.).

С кислородом образует воду. Реакция экзотермическая, при нормаль­ных условиях протекает очень медленно, выше 550 “С — со взрывом, применение катализатора (платины) сильно увеличивает скорость реак­ции. Взрывоопасной водородно-кислородная смесь становится при содер­жании 4—94% (объемн) Н2, а водородно-воздушная смесь—при 4— 74 % (объемн.

) Н2 Смесь водорода и кислорода 2 : 1 (объемн ) называ­ется гремучим газом. При поджигании такой смеси происходит сильный взрыв. Реакция между водородом и кислородом является цепной и про­текает по разветвленному механизму.

При горении водорода в качест­ве промежуточного продукта, а также при действии атомарного водоро­да на кислород образуется оксид водорода Н202.

Непосредственно взаимодействует с некоторыми металлами, образуя гидриды. Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов — белые кристаллические вещества, энергично разлагающиеся водой с выделени­ем водорода, растворимые в расплавах солей и гидроксидов, сильные восстановители. Известны также металлообразные и полимерные гид­риды.

Металлообразные гидриды по характеру химической связи близ­ки к металлам- имеют металлический блеск, обладают значительной электропроводностью, но очень хрупки. К ним отноенг гидриды титана, ванадия и хрома. В полимерных гидридах (алюминия, галлия, цинка, бериллия) атомы металла связаны друг с другом водородными «мости­ками».

Они представляют собой белые, сильно полимернзованные ве­щества, при нагревании разлагающиеся на водород и металл.

Водород в небольших количествах растворяется во всех расплавах металлов, во многих (Ni, Pt, Pd) хорошо. Так, в 1 объеме расплавлен­ного палладия растворяется 850 объемов водорода Водород диффун­дирует в металлы, диффузия иногда сопровождается газовой коррозией, что приводит к разрушению металла.

С азотом водород взаимодействует с образованием аммиака NH3 при высокой температуре (450—550) °С, давлении (2-107—3,5-107) Па и в присутствии катализатора (осмия, рутения, железа, активированных ок­сидами калия, алюминия и др.).

В нормальных условиях аммиак — бес­цветный газ с удушливым резким запахом с температурой плавления —77,7°С при 9,8-104 Па, температурой кипения 34,75 °С, очень хорошо растворимый в воде (при 20°С в 1 объеме воды растворяется 700 объе­мов аммиака), несколько хуже в спирте, ацетоне, бензоле, хлороформе, реакционноспособен.

Прн нагревании до 600 °С водород энергично взаимодействует с се­рой, образуя сероводород H2S. Это бесцветный газ с характерным запа­хом, очень ядовитый, хорошо растворимый в воде, сильный восстанови­тель.

Известны соединения типа H2SX — сульфаны, образующиеся при добавлении к (NaH4)2S* раствора соляной кислоты в избытке. Сульфа­ны — это тяжелые жидкости желтого цвета, легко разлагающиеся с вы­делением серы.

В нормальных условиях углерод не взаимодействует с водородом. В присутствии катализатора (никель) при 500—1000 °С образуется метай СН4, при более высоких температурах — другие углеводороды. Метан — бесцветный газ без запаха, почти в два раза легче воздуха, горючий, взрывоопасный, почти нерастворимый в воде, температура кипения —162,6 °С, температура затвердевания —184 °С.

При комнатной температуре водород не взаимодействует с фосфором. При кипячении белого фосфора нли действии соляной кислоты НС1 иа фосфид кальция Са3Р2 образуется фосфин РНз — бесцветный газ с чес­ночным запахом, очень ядовитый, горючий. Одновременно с фосфином иногда образуется небольшое количество дифосфина Р2Н4, пары которо­го самовоспламеняются иа воздухе. Из дифосфина, подвергнутого на-

греванию или облучению, после отгонки Р2Н4 получается смесь высших фосфннов (РН)* линейного и циклического строения.

С галогенами водород образует галогеноводороды. Реакция образо­вания фтороводорода экзотермическая: взрыв происходит даже в тем­ноте при —252 °С, с хлором и бромом реагирует лишь на свету, с ио­дом — только при нагревании.

В обычных условиях HF — бесцветный газ с резким запахом, смеши­вается с водой в любых соотношениях, температура плавления —84,7°С, температура кипения —20,6 °С; НС1—бесцветный газ с резким запахом, дымит на воздухе, хорошо растворяется в воде (при 10 “С 1 объем во­ды растворяет около 500 объемов НС1), температура плавления —115,9°С, температура кипения —85 °С; НВг — бесцветный газ с рез­ким запахом, при 0 °С 1 объем воды растворяет 600 объемов НВг, тем­пература плавления —87,2 °С, температура кипения —67 °С; HI — бес­цветный газ с резким запахом, при 10 °С 1 объем воды растворяет 450 объемов HI , температура плавления —51,3 °С, температура кипения —36,7 °С Все галогеноводороды, кроме HF , восстановители.

Прн нагревании водород взаимодействует с селеном и теллуром, но менее энергично, чем с серой С оксидом углерода СО в зависимости от температуры, давления, катализатора водород образует различные ор­ганические соединения (метанол, формальдегид и др). Ненасыщенные углеводороды реагируют с водородом (катализатор Ni , Pt , Pd , Fe и др.

), образуя насыщенные соединения (реакция гидрогенизации). При нагре­вании водород сравнительно легко восстанавливает оксиды некоторых металлов до свободных металлов: восстановление СиО происходит при 250 “С, Ag 2 0 при 100 °С, PdO восстанавливается на холоду с саморас-каливаннем.

Оксиды активных металлов ( MgO , А1203) восстановить во­дородом нельзя.

Водород плохо растворяется в воде. При 20 °С в 100 объемах воды растворяется 1,82 объема водорода.

Еще меньше растворимость водорода в органических растворителях. При высоких температурах водород растворяется в огнеупорных мате­риалах.

Области применения

Водород используют в химической промышленности для производства аммиака NH 3 , метанола СН3ОН и других спиртов, альдегидов, кетонов; для гидрогенизации твердого и тяжелого жидкого топлива, жиров и различных органических соединений, для синтеза хлороводорода НС1; для гидроочистки продуктов переработки нефти; при сварке и резке ме-таллов горячим кислородно-водородным пламенем (температура до 2800 °С), а также при атомарно-водородной сварке (температура до 4000 °С). В металлургии водород применяют для восстановления метал­лов из их оксидов (получение молибдена, вольфрама и других метал­лов). Очень важное применение в атомной энергетике нашли изотопы водорода — дейтерий и тритий.

Широко применяют соединения водорода. Аммиак NH 3 — для про­изводства азотной кислоты и ее солей — нитратов, мочевины и других азотных удобрений, синильной кислоты, соды, нашатырного спирта, а также в холодильных установках.

Оксид водорода Н202 используют для отбелки тканей и меха, в медицине, как дезинфицирующее вещество, в пищевой промышленности при консервировании продуктов, в сельском хозяйстве для протравливания семян, в производстве ряда органических соединений, полимеров, пористых материалов, в ракетной технике как

сильный окислитель. Гидрид кальция СаН2 применяют в порошковой металлургии; гидрид натрии NaH — для снятия оксидной пленки с ме­таллов.

Безводный фтороводород HF применяют при органических синтезах, а его водный раствор — плавиковую кислоту — при получении фторидов, травления стекла, удалении песка с металлических отливок, при анализе минералов; хлороводород НС1 используют для получения соляной кислоты и ее солей —• хлоридов, в производстве синтетических смол, каучука, хлористого этила из этилена и других веществ.

Источник: https://ibrain.kz/himiya-svoystva-elementov/vodorod

Водород – это… что такое водород?

• Водород-4 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Водород 4, 4H Нейтронов 3 Протонов 1 Свойства нуклида Атомная масса 4,027810(110) …   Википедия

• Водород-5 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Водород 5, 5H Нейтронов 4 Протонов 1 Свойства нуклида Атомная масса 5,035310(110) …   Википедия

• Водород-6 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Водород 6, 6H Нейтронов 5 Протонов 1 Свойства нуклида Атомная масса 6,044940(280) …   Википедия

• Водород-7 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Водород 7, 7H Нейтронов 6 Протонов 1 Свойства нуклида Атомная масса 7,052750(1080) …   Википедия

• ВОДОРОД — (Hydrogenium), H, первый, наиболее легкий химический элемент периодической системы, атомная масса 1,00794; газ, tкип 252,76шC. Ядро атома водорода называют протоном. Водород входит в состав воды, живых организмов, нефти, каменного угля,… …   Современная энциклопедия

• Водород — (Hydrogenium), H, первый, наиболее легкий химический элемент периодической системы, атомная масса 1,00794; газ, tкип 252,76°C. Ядро атома водорода называют протоном. Водород входит в состав воды, живых организмов, нефти, каменного угля,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• ВОДОРОД — (символ Н), газообразный, неметаллический элемент, впервые выделенный и идентифицированный в 1766 г. Генри КАВЕНДИШЕМ, который назвал его «горючим воздухом». Водород бесцветен и не имеет запаха, его относят вместе со щелочными металлами к первой… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• Водород —         Н (лат. hydrogenium; a. hydrogen; н. Wasserstoff; ф. hydrogene; и. hidrogeno), хим. элемент периодич. системы элементов Mенделеева, к рый относят одновременно к I и VII группам, ат. н. 1, ат. м. 1,0079. Природный B. имеет стабильные… …   Геологическая энциклопедия

• Водород — H2 газ без цвета, запаха и вкуса. Молярная масса 2,0157 кг/кмоль, температура плавления 13,95 К, температура кипения 71,07 кг/м3, низшая теплота сгорания 114460 кДж/кг, газовая постоянная 4,124 Дж/(кг*К), стехиометрический коэффициент 34,25 кг… …   Энциклопедия техники

• водород — протий, дейтерий, тритий, гидроген Словарь русских синонимов. водород сущ., кол во синонимов: 10 • водотвор (1) • газ …   Словарь синонимов

• Водород — получают путем электролиза воды или из водяного газа, коксового газа или углеводородов. Водород обычно рассматривается как неметалл. Он хранится под давлением в стальных баллонах. Он используется для гидрирования масел (получение твердых жиров),… …   Официальная терминология

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/3215/%D0%92%D0%9E%D0%94%D0%9E%D0%A0%D0%9E%D0%94