Історія відкриття водню

Якщо є найпоширенішим хімічним елементом Землі, то водень – найпоширеніший елемент у всьому Всесвіту. Наше (та інші зірки) приблизно половину складається з водню, а щодо міжзоряного газу, він на 90% складається з атомів водню. Чимале місце цей хімічний елемент займає і на Землі, адже разом із киснем він входить до складу води, а сама його назва «водень» походить від двох давніх-давен грецьких слів: «вода» та «рожаю» Крім води водень є у більшості органічних речовині клітин, без нього, як і без кисню, було б немислиме саме Життя.

Історія відкриття водню

Першим серед учених водень помітив ще великий алхімік та лікар середньовіччя Теофраст Парацельс. У своїх алхімічних дослідах, сподіваючись знайти «філософський камінь» змішуючи з кислотами Парацельс отримав якийсь невідомий до того горючий газ. Щоправда, відокремити цей газ від повітря так і не вдалося.

Лише через півтора століття після Парацельса французькому хіміку Лемері таки вдалося відокремити водень від повітря та довести його горючість. Щоправда, Лемері так і не зрозумів, що отриманий ним газ є чистим воднем. Паралельно подібними хімічними дослідами займався і російський вчений Ломоносов, але справжній прорив у дослідженні водню було зроблено англійським хіміком Генрі Кавендішем, якого по праву вважають першовідкривачем водню.

В 1766 Кавендішу вдалося отримати чистий водень, який він називав «горючим повітрям». Ще через 20 років талановитий французький хімік Антуан Лавуазьє зміг синтезувати воду і виділити з неї це «горюче повітря» – водень. І саме Лавуазьє запропонував водню його назву – «Hydrogenium», він же «водень».

Антуан Лавуазьє зі своєю дружиною, що допомагала йому проводити хімічні досліди, у тому числі і по синтезу водню.

В основі розташування хімічних елементівв періодичній системіМенделєєва лежить їхня атомна вага, розрахована щодо атомної ваги водню. Тобто іншими словами водень та його атомна вага є наріжним каменем таблиці Менделєєва, тією точкою опори, основі якої великий хімік створив свою систему. Тому не дивно, що у таблиці Менделєєва водень займає почесне місце.

Крім цього водень має такі характеристики:

• Атомна маса водню становить 1,00795.
• У водню в наявності три ізотопи, кожен з яких має індивідуальні властивості.
• Водень – легкий елемент, що має малу щільність.
• Водень має відновлювальні та окислювальні властивості.
• Вступаючи з металами, водень приймає їх електрон і стає окислювачем. Подібні сполуки називаються гідратами.

Водень це газ, його молекула складається з двох атомів.

Так схематично виглядає молекула водню.

Молекулярний водень, утворений з таких двохатомних молекул вибухає при піднесеній сірнику, що горить. Молекула водню під час вибуху розпадається на атоми, які перетворюються на ядра гелію. Саме таким чином відбуваються на Сонці та інших зірках – за рахунок постійного розпаду молекул водню наше світило горить та обігріває нас своїм теплом.

Фізичні властивості водню

У водню наявні такі Фізичні властивості:

• Температура кипіння водню становить 252,76 ° С;
• А при температурі 259,14 ° C він починає плавитися.
• У воді водень розчиняється слабо.
• Чистий водень – дуже небезпечна вибухова та палива речовина.
• Водень легший за повітря в 14,5 разів.

Хімічні властивості водню

Оскільки водень може бути в різних ситуаціяхі окислювачем та відновником його використовують для здійснення реакцій та синтезів.

Окисні властивості водню взаємодіють з активними (зазвичай лужними та лужноземельними) металами, результатом цих взаємодій є утворення гідридів – солеподібних сполук. Втім, гідриди утворюються при реакціях водню з малоактивними металами.

Відновлювальні властивості водню мають здатність відновлювати метали до простих речовин з їх оксидів, у промисловості це називається водневою термією.

Як отримати водень?

Серед промислових засобів одержання водню можна виділити:

• газифікацію вугілля,
• парову конверсію метану,
• електроліз.

У лабораторії водень можна отримати:

• при гідролізі гідридів металів,
• при реакції з водою лужних та лужноземельних металів,
• при взаємодії розбавлених кислот із активними металами.

Застосування водню

Оскільки водень у 14 разів легший за повітря, то в минулі часи їм начиняли повітряні кулі та дирижаблі. Але після серії катастроф, що сталися з дирижаблями, конструкторам довелося шукати водню заміну (нагадаємо, чистий водень – вибухонебезпечна речовина, і найменшої іскри було достатньо, щоб стався вибух).

Вибух дирижабля Гінденбург у 1937 році, причиною вибуху якраз і стало займання водню (внаслідок короткого замикання), на якому літав цей величезний дирижабль.

Тому для подібних літальних апаратів замість водню стали використовувати гелій, який також легший за повітря, отримання гелію більш трудомістке, зате він не такий вибухонебезпечний як водень.

Також за допомогою водню проводиться очищення різних видів палива, особливо на основі нафти та нафтопродуктів.

Водень, відео

І на завершення освітнє відео на тему нашої статті.

• Позначення – H (Hydrogen);
• Латинська назва – Hydrogenium;
• Період – I;
• Група – 1 (Ia);
• Атомна маса – 1,00794;
• Атомний номер – 1;
• Радіус атома = 53 пм;
• Ковалентний радіус = 32 пм;
• Розподіл електронів - 1s 1;
• t плавлення = -259,14 ° C;
• t кипіння = -252,87 ° C;
• Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 2,02/-;
• Ступінь окиснення: +1; 0; -1;
• Щільність (н. у.) = 0,0000899 г/см 3;
• Молярний об'єм = 14,1 см3/моль.

Бінарні сполуки водню з киснем:

Водень ("що народжує воду") був відкритий англійським вченим Г. Кавендішем у 1766 році. Це найпростіший елемент у природі - атом водню має ядро ​​і один електрон, напевно, тому водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті (становить більше половини маси більшості зірок).

Про водень можна сказати, що "малий золотник, та дорогий". Незважаючи на свою "простоту", водень дає енергію всім живим істотам на Землі - на Сонці йде безперервна термоядерна реакція, в ході якої з чотирьох атомів водню утворюється один атом гелію, цей процес супроводжується виділенням колосальної кількості енергії (докладніше див. Ядерний синтез).

У земної коримасова частка водню становить лише 0,15%. Тим часом переважна кількість (95%) всіх відомих на Землі. хімічних речовинмістять один або кілька атомів водню.

У з'єднаннях з неметалами (HCl, H 2 O, CH 4 ...) водень віддає свій єдиний електрон більш електронегативним елементам, виявляючи ступінь окислення +1 (частіше), утворюючи тільки ковалентні зв'язки(Див. Ковалентний зв'язок).

У з'єднаннях з металами (NaH, CaH 2 ...) водень, навпаки, приймає на свою єдину s-орбіталь ще один електрон, намагаючись таким чином завершити свій електронний шар, виявляючи ступінь окислення -1 (рідше), утворюючи частіше іонну зв'язок (див. Іонний зв'язок), т. К. Різниця в електронегативності атома водню і атома металу може бути досить великий.

H 2

У газоподібному стані водень знаходиться у вигляді двоатомних молекул, утворюючи неполярний ковалентний зв'язок.

Молекули водню мають:

• великою рухливістю;
• великою міцністю;
• малою поляризацією;
• малими розмірами та масою.

Властивості газу водню:

• найлегший у природі газ, без кольору та запаху;
• погано розчиняється у воді та органічних розчинниках;
• в незначних кіл-вах розчиняється в рідких і твердих металах (особливо в платині та паладії);
• важко піддається зрідженню (внаслідок своєї малої поляризуемості);
• має найвищу теплопровідність з усіх відомих газів;
• при нагріванні реагує з багатьма неметалами, виявляючи властивості відновника;
• при кімнатній температурі реагує з фтором (відбувається вибух): H2 + F2 = 2HF;
• з металами реагує з утворенням гідридів, виявляючи окисні властивості: H 2 + Ca = CaH 2;

У сполуках водень набагато сильніше виявляє свої відновлювальні властивості, ніж окисні. Водень є найсильнішим відновником після вугілля, алюмінію та кальцію. Відновлювальні властивості водню широко використовуються в промисловості для одержання металів та неметалів (простих речовин) з оксидів та галідів.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Реакції водню із простими речовинами

Водень приймає електрон, граючи роль відновлювача, у реакціях:

• з киснем(при підпалюванні або у присутності каталізатора), у співвідношенні 2:1 (водень:кисень) утворюється вибухонебезпечний гримучий газ: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 кДж
• з сірої(при нагріванні до 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• з хлором(при підпалюванні або опроміненні УФ-променями): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• з фтором: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• з азотом(при нагріванні в присутності каталізаторів або при високому тиску): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Водень віддає електрон, граючи роль окислювача, у реакціях з лужнимиі лужноземельнимиметалами з утворенням гідридів металів - солеподібні іонні сполуки, що містять гідрид-іони H - це нестійкі кристалічні в-ва білого кольору.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Для водню нехарактерно виявляти рівень окислення -1. Реагуючи з водою, гідриди розкладаються, відновлюючи воду до водню. Реакція гідриду кальцію з водою має такий вигляд:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Реакції водню зі складними речовинами

• за високої температури водень відновлює багато оксидів металів: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• метиловий спирт одержують внаслідок реакції водню з оксидом вуглецю (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• у реакціях гідрогенізації водень реагує з багатьма органічними речовинами.

Докладніше рівняння хімічних реакційводню та його сполук розглянуті на сторінці "Водень та його сполуки - рівняння хімічних реакцій за участю водню".

Застосування водню

• в атомній енергетиці використовуються ізотопи водню – дейтерій та тритій;
• у хімічній промисловості водень використовують для синтезу багатьох органічних речовин, аміаку, хлороводню;
• в харчової промисловостіводень застосовують у виробництві твердих жирів за допомогою гідрогенізації рослинних олій;
• для зварювання та різання металів використовують високу температуру горіння водню в кисні (2600°C);
• при отриманні деяких металів водень використовують як відновник (див. вище);
• оскільки водень є легким газом, його використовують у повітроплаванні як наповнювач повітряних куль, аеростатів, дирижаблів;
• як паливо водень використовують у суміші з СО.

У Останнім часомвчені приділяють чимало уваги пошуку альтернативних джерел поновлюваної енергії. Одним із перспективних напрямів є "воднева" енергетика, в якій як паливо використовується водень, продуктом згоряння якого є звичайна вода.

Способи одержання водню

Промислові способи одержання водню:

• конверсією метану (каталітичним відновленням водяної пари) парами води при високій температурі (800°C) на нікелевому каталізаторі: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 ;
• конверсією оксиду вуглецю з водяною парою (t=500°C) на каталізаторі Fe 2 O 3: CO + H 2 O = CO 2 + H 2;
• термічним розкладаннямметану: CH 4 = C + 2H 2;
• газифікацією твердих палив (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2;
• електролізом води (дуже дорогий спосіб, при якому виходить дуже чистий водень): 2H 2 O → 2H 2 + O 2 .

Лабораторні способи одержання водню:

• дією на метали (частіше цинк) соляною або розведеною сірчаною кислотою: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• взаємодією пар води з розпеченими залізними стружками: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2 .

Водень – це газ, саме він знаходиться на першому місці у Періодичній системі. Назва цього широко поширеного в природі елемента в перекладі з латини означає «що породжує воду». Тож які фізичні та хімічні властивості водню нам відомі?

Водень: загальна інформація

За звичайних умов водень немає ні смаку, ні запаху, ні кольору.

Рис. 1. Формула водню.

Оскільки атом має один енергетичний електронний рівень, на якому можуть знаходитися максимум два електрони, то для стійкого стану атом може прийняти як один електрон (ступінь окислення -1), так і віддати один електрон (ступінь окислення +1), проявляючи постійну валентність I Саме тому символ елемента водню поміщають не тільки в IA групу (головну підгрупу I групи) разом із лужними металами, але й у VIIA групу (головну підгрупу VII групи) разом з галогенами. Атомам галогенів теж не вистачає одного електрона до заповнення зовнішнього рівня, і вони, як водень, є неметалами. Водень виявляє позитивний ступінь окислення в сполуках, де він пов'язаний з електронегативними елементами-неметалами, а негативний ступіньокиснення - у з'єднаннях з металами.

Рис. 2. Розташування водню у періодичній системі.

Водень має три ізотопи, кожен з яких має власну назву: протий, дейтерій, тритій. Кількість останнього Землі мізерна.

Хімічні властивості водню

У простій речовині H 2 зв'язок між атомами міцна (енергія зв'язку 436 кДж/моль), тому активність молекулярного водню невелика. За звичайних умов він взаємодіє лише з дуже активними металами, а єдиним неметалом, з яким водень входить у реакцію, є фтор:

F 2 +H 2 =2HF (фторівник)

З іншими простими (металами та неметалами) та складними (оксидами, органічними невизначеними сполуками) речовинами водень реагує або при опроміненні та підвищенні температури, або в присутності каталізатора.

Водень горить у кисні з виділенням значної кількості теплоти:

2H 2 +O 2 =2H 2 O

Суміш водню з киснем (2 об'єму водню та 1 об'єм кисню) при підпалюванні сильно вибухає і тому зветься гримучого газу. При роботі з воднем слід дотримуватись правил техніки безпеки.

Рис. 3. Гримучий газ.

У присутності каталізаторів газ може реагувати з азотом:

3H 2 +N 2 =2NH 3

– за цією реакцією при підвищених температурах та тиску в промисловості одержують аміак.

В умовах високої температури водень здатний реагувати із сіркою, селеном, телуром. а при взаємодії з лужними та лужноземельними металамивідбувається утворення гідридів: 4.3. Усього отримано оцінок: 186.

У періодичній системі водень розташовується у двох абсолютно протилежних за своїми властивостями групах елементів. Ця особливість роблять його унікальним. Водень не просто є елементом або речовиною, але також є складовою багатьох складних сполук, органогенним і біогенним елементом. Тому розглянемо його властивості та характеристики більш докладно.

Виділення пального газу у процесі взаємодії металів та кислот спостерігали ще у XVI столітті, тобто під час становлення хімії як науки. Відомий англійський вчений Генрі Кавендіш досліджував речовину, починаючи з 1766 року, і дав йому назву «горюче повітря». При спалюванні цей газ давав воду. На жаль, прихильність вченого теорії флогістону (гіпотетичної «надтонкої матерії») завадила йому прийти до правильним висновкам.

Французький хімік і дослідник природи А. Лавуазьє разом з інженером Ж. Менье і за допомогою спеціальних газометрів в 1783 р. провів синтез води, а після і її аналіз за допомогою розкладання водяної пари розпеченим залізом. Таким чином, вчені змогли дійти правильних висновків. Вони встановили, що "горюче повітря" не тільки входить до складу води, але і може бути отримане з неї.

У 1787 році Лавуазьє висунув припущення, що досліджуваний газ є простою речовиноюі, відповідно, належить до первинних хімічних елементів. Він назвав його hydrogene (від грецьких слів hydor – вода + gennao – народжую), тобто «що народжує воду».

Російську назву «водень» у 1824 році запропонував хімік М. Соловйов. Визначення складу води ознаменувало кінець «теорії флогістону». На стику XVIII і XIX століть було встановлено, що атом водню дуже легкий (порівняно з атомами інших елементів) та його маса була прийнята за основну одиницю порівняння атомних мас, отримавши значення, що дорівнює 1.

Фізичні властивості

Водень є найлегшим із усіх відомих науці речовин (він у 14,4 разів легший за повітря), його щільність становить 0,0899 г/л (1 атм, 0 °С). Даний матеріал плавиться (твердне) і кипить (скраплюється), відповідно, при -259,1 ° С і -252,8 ° С (тільки гелій має більш низькі t ° кипіння і плавлення).

Критична температура водню дуже низька (-240 ° С). Тому його зрідження - досить складний і витратний процес. Критичний тиск речовини - 12,8 кгс/см2, а критична щільність становить 0,0312 г/см3. Серед усіх газів водень має найбільшу теплопровідність: при 1 атм та 0 °С вона дорівнює 0,174 вт/(мхК).

Питома теплоємність речовини у тих самих умовах - 14,208 кДж/(кгхК) чи 3,394 кал/(гх°С). Даний елемент слабо розчинний у воді (близько 0,0182 мл/г при 1 атм і 20 °С), але добре - у більшості металів (Ni, Pt, Pa та інших), особливо в паладії (приблизно 850 об'ємів на один об'єм Pd ).

З останнім властивістю пов'язана його здатність дифундування, причому дифузія через вуглецевий метал (наприклад, сталь) може супроводжуватися руйнуванням металу через взаємодії водню з вуглецем (цей процес називається декарбонізація). У рідкому стані речовина дуже легка (щільність - 0,0708 г/см³ при t° = -253 °С) і текуча (в'язкість - 13,8 спуаз у тих самих умовах).

У багатьох сполуках цей елемент виявляє валентність +1 (ступінь окислення), подібно до натрію та інших лужних металів. Зазвичай він розглядається як аналог цих металів. Відповідно він очолює І групу системи Менделєєва. У гідридах металів іон водню виявляє негативний заряд (ступінь окислення при цьому -1), тобто Na+H- має структуру, подібну до хлориду Na+Cl-. Відповідно до цього та деяких інших фактів (близькість фізичних властивостей елемента «H» і галогенів, здатність його заміщення галогенами в органічних сполуках) Hydrogene відносять до VII групи системи Менделєєва.

У звичайних умовах молекулярний водень має низьку активність, безпосередньо з'єднуючись лише з найактивнішими з неметалів (з фтором і хлором, з останнім – на світлі). У свою чергу при нагріванні він взаємодіє з багатьма хімічними елементами.

Атомарний водень має підвищену хімічну активність (якщо порівнювати із молекулярним). З киснем він утворює воду за формулою:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

виділяючи 285,937 кДж/моль тепла чи 68,3174 ккал/моль (25 °З, 1 атм). У нормальних температурних умовах реакція протікає досить повільно, а при t° >= 550 °З - неконтрольовано. Межі вибухонебезпечності суміші водень + кисень за обсягом становлять 4–94 % Н₂, а суміші водень + повітря – 4–74 % Н₂ (суміш із двох обсягів Н₂ та одного обсягу О₂ називають гримучим газом).

Цей елемент використовують для відновлення більшості металів, тому що він забирає кисень у оксидів:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O і т.д.

З різними галогенами водень утворює галогеноводороды, наприклад:

Н₂ + Cl₂ = 2НСl.

Однак при реакції з фтором водень вибухає (це відбувається і в темряві при -252 ° С), з бромом і хлором реагує тільки при нагріванні або освітленні, а з йодом - виключно при нагріванні. При взаємодії з азотом утворюється аміак, але лише на каталізаторі, при підвищених тисківта температурі:

ЗН₂ + N₂ = 2NН₃.

При нагріванні водень активно реагує із сіркою:

Н₂ + S = H₂S (сірководень),

і значно важче – з телуром чи селеном. З чистим вуглецем водень реагує без каталізатора, але за високих температур:

2Н₂ + С (аморфний) = СН₄ (метан).

Дана речовина безпосередньо реагує з деякими з металів (лужними, лужноземельними та іншими), утворюючи гідриди, наприклад:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Важливе практичне значення мають взаємодії водню та оксиду вуглецю (II). При цьому залежно від тиску, температури та каталізатора утворюються різні органічні сполуки: НСНО, СН₃ОН та ін. Ненасичені вуглеводні в процесі реакції переходять у насичені, наприклад:

З n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Водень та його сполуки грають у хімії виняткову роль. Він зумовлює кислотні властивостіт.з. протонних кислот, схильний утворювати з різними елементами водневий зв'язок, що надає значний вплив на властивості багатьох неорганічних та органічних сполук.

Одержання водню

Основними видами сировини для промислового виробництвацього елемента є гази нафтопереробки, природні горючі та коксові гази. Його також одержують із води за допомогою електролізу (у місцях з доступною електроенергією). Одним із найважливіших методіввиробництва матеріалу з газу вважається каталітичне взаємодія вуглеводнів, переважно метану, з водяною парою (т. зв. конверсія). Наприклад:

СН₄ + H₂О = СО + ЗН₂.

Неповне окислення вуглеводнів киснем:

СН₄ + ½О₂ = СО + 2Н₂.

Синтезований оксид вуглецю (II) піддається конверсії:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂.

Водень, що виробляється з природного газу, є найдешевшим.

Для електролізу води застосовується постійний струм, який пропускається через розчин NaOH або КОН (кислоти не використовують, щоб уникнути корозії апаратури). У лабораторних умовах матеріал отримують електролізом води або в результаті реакції між соляною кислотоюта цинком. Однак найчастіше застосовують готовий заводський матеріал у балонах.

З газів нафтопереробки та коксового газу даний елемент виділяють шляхом видалення всіх інших компонентів газової сумішіоскільки вони легше зріджуються при глибокому охолодженні.

Промисловим чином цей матеріал стали отримувати ще в кінці XVIIIстоліття. Тоді його використовували для заповнення повітряних куль. На даний момент водень широко застосовують у промисловості, головним чином – у хімічній, для виробництва аміаку.

Масові споживачі речовини - виробники метилового та інших спиртів, синтетичного бензину та багатьох інших продуктів. Їх одержують синтезом з оксиду вуглецю (II) та водню. Hydrogene використовують для гідрогенізації важкого та твердого рідкого палива, жирів тощо, для синтезу HCl, гідроочищення нафтопродуктів, а також у різанні/зварюванні металів. Найважливішими елементамидля атомної енергетики є його ізотопи – тритій та дейтерій.

Біологічна роль водню

Близько 10 % маси живих організмів (у середньому) посідає цей елемент. Він входить до складу води та найважливіших груп природних сполук, включаючи білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди, вуглеводи. Навіщо він служить?

Цей матеріал грає вирішальну роль: за підтримки просторової структури білків (четвертинної), у здійсненні принципу компліментарності нуклеїнових кислот(Тобто у реалізації та зберіганні генетичної інформації), взагалі у «впізнанні» на молекулярному рівні.

Іон водню Н+ бере участь у важливих динамічних реакціях/процесах в організмі. У тому числі: в біологічному окисненні, яке забезпечує живі клітини енергією, у реакціях біосинтезу, у фотосинтезі у рослин, у бактеріальному фотосинтезі та азотфіксації, у підтримці кислотно-лужного балансу та гомеостазу, у мембранних процесах транспорту. Поряд із вуглецем і киснем він утворює функціональну та структурну основи явищ життя.

Узагальнююча схема «ВОДОРОД»

I. Водень – хімічний елемент

а) Положення у ПСХЕ

• порядковий номер №1
• період 1
• група I (Головна підгрупа «А»)
• відносна маса Ar(Н)=1
• латинська назва Hydrogenium (що породжує воду)

б) Поширеність водню у природі

Водень – хімічний елемент.	У земній корі(літосфера та гідросфера) – 1% за масою (10 місце серед усіх елементів)
	АТМОСФЕРА - 0,0001% за кількістю атомів
	Найпоширеніший елемент у всесвіті – 92% від усіх атомів (основна складова частиназірок та міжзоряного газу)

Водень – хімічний елемент	У з'єднаннях	Н 2 О – вода(11% за масою)
		СН 4 – газ метан(25% за масою)
		Органічні речовини(Нафта, горючі природні гази та інших) В організмах тварин та рослин(тобто у складі білків, нуклеїнових кислот, жирів, вуглеводів та інших) У тілі людиниу середньому міститься близько 7 кілограмів водню.

в) Валентність водню у сполуках

II. Водень – проста речовина (Н 2)

Отримання

1.Лабораторія (апарат Кіппа) А) Взаємодія металів із кислотами: Zn+ 2HCl = ZnCl 2 + H 2 сіль Б) Взаємодія активних металівз водою: 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 основа

2. Промисловість · Електроліз води ел. струм 2H 2 O = 2H 2 + O 2 · З природного газу t, Ni CH 4 + 2H 2 O=4H 2 +CO 2

Знаходження водню у природі.

Водень широко поширений у природі, його вміст у земній корі (літосфера та гідросфера) становить за масою 1%, а за кількістю атомів 16%. Водень входить до складу найпоширенішої речовини на Землі - води (11,19% Водню по масі), до складу сполук, що складають вугілля, нафту, природні гази, глини, а також організми тварин і рослин (тобто до складу білків, нуклеїнових кислот) , жирів, вуглеводів та інших). У вільному стані Водень зустрічається дуже рідко, у невеликих кількостях він міститься у вулканічних та інших природних газах. Незначні кількості вільного Гідрогену (0,0001% за кількістю атомів) присутні в атмосфері. У навколоземному просторі Водень у вигляді потоку протонів утворює внутрішній (протонний) радіаційний пояс Землі. У космосі Водень є найпоширенішим елементом. У вигляді плазми він становить близько половини маси Сонця та більшості зірок, основну частину газів міжзоряного середовища та газових туманностей. Водень присутній в атмосфері низки планет і в кометах у вигляді вільного Н 2 метану СН 4 аміаку NH 3 води Н 2 Про радикалів. У вигляді потоку протонів Водень входить до складу корпускулярного випромінювання Сонця та космічних променів.

Існують три ізотопи водню:
а) легкий водень – протий,
б) важкий водень - дейтерій (D),
в) надважкий водень – тритій (Т).

Тритій нестійкий (радіоактивний) ізотоп, у природі він мало зустрічається. Дейтерій стійкий, але дуже мало: 0,015% (від маси всього земного водню).

Валентність водню у сполуках

У сполуках водень виявляє валентність I.

Фізичні властивості водню

Проста речовина водень (Н 2) - це газ, легший за повітря, без кольору, без запаху, без смаку, t кип = - 253 0 С, водень у воді нерозчинний, горючий. Збирати водень можна шляхом витіснення повітря із пробірки або води. При цьому пробірку потрібно перевернути догори дном.

Одержання водню

У лабораторії водень одержують у результаті реакції

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2.

Замість цинку можна використовувати залізо, алюміній та деякі інші метали, а замість сірчаної кислоти – деякі інші розведені кислоти. Водень, що утворюється, збирають у пробірку методом витіснення води (див. рис. 10.2 б) або просто в перевернуту колбу (рис. 10.2 а).

У промисловості у великих кількостях водень одержують із природного газу (в основному це метан) при взаємодії його з парами води при 800 °С у присутності нікелевого каталізатора:

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 +CO 2 (t, Ni)

або обробляють при високій температурі парами води вугілля:

2H 2 O + C = 2H 2 + CO 2 . (t)

Чистий водень одержують із води, розкладаючи її електричним струмом(піддаючи електролізу):

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (електроліз).