ХимЛаб - сайт о химии

СhemistLab.ru

Главная | Химический справочник | Регистрация | Вход
Среда
07.12.2016
15:29
Гостевая книга
Информация о сайте
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная » Статьи » В

Водород

ВОДОРОД (лат. Hydrogenium), H, химический элемент, первый по порядковому номеру в периодич. системе Менделеева; ат. м. 1,00797. При обычных условиях В.- газ; не имеет цвета, запаха и вкуса.

Историческая справка. В трудах химиков 16 и 17 вв. неоднократно упоминалось о выделении горючего газа при действии кислот на металлы. В 1766 Г. Кавендиш собрал и исследовал выделяющийся газ, назвав его "горючий воздух". Будучи сторонником теории флогистона, Кавендиш полагал, что этот газ и есть чистый флогистон. В 1783 А. Лавуазье путём анализа и синтеза воды доказал сложность её состава, а в 1787 определил "горючий воздух" как новый хим. элемент (В.) и дал ему совр. название hydrogene (от греч. hydor - вода и gennao - рождаю), что означает "рождающий воду"; этот корень употребляется в названиях соединений В. и процессов с его участием (напр., гидриды, гидрогенизация). 
Совр. рус. наименование "В." было предложено М. Ф. Соловьёвым в 1824.

Распространённость в природе. В- широко распространён в природе, его содержание в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет по массе 1%, а по числу атомов 16%. В. входит в состав самого распространённого вещества на Земле-воды (11,19% В. по массе), в состав соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы животных и растений (т. е. в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и др.). В свободном состоянии В. встречается крайне редко, в небольших количествах он содержится в вулканич. и др. природных газах. Ничтожные количества свободного В. (0,0001% по числу атомов) присутствуют в атмосфере. В околоземном пространстве В. в виде потока протонов образует внутренний "протонный") радиационный пояс Земли. В космосе В. является самым распространённым элементом. В виде плазмы он составляет около половины массы Солнца и большинства звёзд, осн. часть газов межзвёздной среды и газовых туманностей. В. присутствует в атмосфере ряда планет и в кометах в виде свободного Нг, метана СН4, аммиака NH3, воды Н2О, радикалов типа СН, NH, ОН, SiH, PH и т. д. В виде потока протонов В. входит в состав корпускулярного излучения Солнца и космич. лучей.  

Изотопы, атом и молекул а. Обыкновенный В. состоит из смеси 2 устойчивых изотопов: лёгкого В., или протия ОН), и тяжёлого В., или дейтерия (2Н, или D). В природных соединениях В. на 1 атом 2Н приходится в среднем 6800 атомов 'Н. Искусственно получен радиоактивный изотоп - сверхтяжёлый В., или тритий (3Н, или Т), с мягким (3-излучением и периодом полураспада T1/2 = 12,262 года. В природе тритий образуется, напр., из атм. азота под действием нейтронов космических лучей; в атмосфере его ничтожно мало (4*10-15 % от общего числа атомов В.). Получен крайне неустойчивый изотоп 4Н. Массовые числа изотопов 1Н, 2Н, 3Н и 4Н, соответственно 1, 2, 3 и 4, указывают на то, что ядро атома протия содержит только 1 протон, дейтерия - 1 протон и 1 нейтрон, трития - 1 протон и 2 нейтрона, 4Н - 1 протон и 3 нейтрона. Большое различие масс изотопов В. обусловливает более заметное различие их физических и химических свойств, чем в случае изотопов др. элементов. 

М. В. Водопьянов.

 
Атом В. имеет наиболее простое строение среди атомов всех др. элементов: он состоит из ядра и одного электрона. Энергия связи электрона с ядром (потенциал ионизации) составляет 13,595 эв. Нейтральный атом В. может присоединять и второй электрон, образуя отрицательный ион Н- при этом энергия связи второго электрона с нейтральным атомом (сродство к электрону) составляет 0,78 эв. Квантовая механика позволяет рассчитать все возможные энергетич. уровни атома В., а ледовательно, дать полную интерпретацию его атомного спектра. Атом В. используется как модельный в квантовомеханич. расчётах энергетич. уровней других, более сложных атомов. Молекула В. Н2 состоит из двух атомов, соединённых ковалентной химической связью. Энергия диссоциации (т. е. распада на атомы) составляет 4,776 эв (1эв= 1,60210*10-19 Дж). Межатомное расстояние при равновесном положении ядер равно 0,7414 А. При высоких темп-pax молекулярный В. диссоциирует на атомы (степень диссоциации при 2000°С 0,0013, при 5000°С 0,95). Атомарный В. образуется также в различных хим. реакциях (напр., действием Zn на соляную к-ту). Однако существование В. в атомарном состоянии длится лишь короткое время, атомы рекомбинируют в молекулы Н2. , Физ. и хим. свойства. В.- легчайшее из всех известных веществ (в 14,4 раза легче воздуха), плотность 0,0899 г/л при 0°С и 1 атм. В. кипит (сжижается) и плавится (затвердевает) соответственно при - 252,6°С и - 259,1°С (только гелий имеет более низкие темп-ры плавления и кипения). Критич. темп-pa В. очень низка (-240°С), поэтому его сжижение сопряжено с большими трудностями; критич. давление 12,8 кгс/см(12,8 атм), критич. плотность 0,0312 г/см3. Из всех газов В. обладает наибольшей теплопроводностью, равной при 0°С и 1 атм 0,174 вт/(м*К), т. е. 4,16*10-4 кал/(с-см-°С). Уд. теплоёмкость В. при 0°С и 1 атм СР 14,208*103 дж/(кг-К), т. е. 3,394 кдл/(г-°С). В. мало растворим в воде (0,0182 мл/г при 20°С и 1 атм), но хорошо - во многих металлах (Ni, Pt, Pa и др.), особенно в палладии (850 объёмов на 1 объём Pd). С растворимостью В. в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (напр., сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия В. с углеродом (т. н. декарбонизация). Жидкий В. очень лёгок (плотность при -253°С 0,0708 г/см3) и текуч (вязкость при -253°С 13,8 спуаз).  В большинстве соединений В. проявляет валентность (точнее, степень окисления) + 1, подобно натрию и др. щелочным металлам; обычно он и рассматривается как аналог этих металлов, возглавляющий I гр. системы Менделеева. Однако в гидридах металлов ион В. заряжен отрицательно (степень окисления -1), т. е. гидрид Na+H- построен подобно хлориду Na+Cl-. Этот и нек-рые др. факты (близость физ. свойств В. и галогенов, способность галогенов замещать В. в оргацич. соединениях) дают основание относить В. также и к VII гр. периодич. системы (подробнее см. Периодическая система элементов). При обычных условиях молекулярный В. сравнительно мало активен, непосредственно соединяясь лишь с наиболее активными из неметаллов (с фтором, а на свету и с хлором). Однако при нагревании он вступает в реакции со многими элементами. Атомарный В. обладает повышенной хим. активностью по сравнению с молекулярным. С кислородом В. образует воду: Н2 -f 1/2О2 = Н2О с выделением 285,937*10дж/моль, т. е. 68,3174 ккал/моль тепла (при 25°С и 1 атм). При обычных темп-pax реакция протекает крайне медленно, выше 550°С - со взрывом. Пределы взрывоопасности водородо-кислородной смеси составляют (по объёму) от 4 до 94% Н2, а водородо-воздушной смеси - от 4 до 74% 
Н2 (смесь 2 объёмов Н2 и 1 объёма О2 наз. гремучим газом). В. используется для восстановления многих металлов, т. к. отнимает кислород у их окислов:

CuO + H2 = Cu + H2O, Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4Н2О, и т. д.  
С галогенами В. образует галогеноводороды, напр.:  
Н2 + Сl2 = 2НСl.  
При этом с фтором В. взрывается (даже в темноте и при - 252°С), с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с иодом только при нагревании. С азотом В. взаимодействует с образованием аммиака: ЗН2 + N2 = = 2NН3 лишь на 
катализаторе и при повышенных темп-pax и давлениях. При нагревании В. энергично реагирует с серой: Н2 + S = H2S (сероводород), значительно труднее с селеном и теллуром. С чистым углеродом В. может реагировать без катализатора только при высоких темп-pax: 2Н2 + С (аморфный) = СН4 (метан). В. непосредственно реагирует с нек-рыми металлами (щелочными, щёлочноземельными и др.), образуя гидриды: Н2 + 2Li = 2LiH. Важное практич. значение имеют реакции В. с окисью углерода, при к-рых образуются в зависимости от темп-ры, давления и катализатора различные органич. соединения, напр. НСНО, СН3ОН и др. (см. Углерода окись). Ненасыщенные углеводороды реагируют с В., переходя в насыщенные, напр.: СnН2n + Н2 = СnН2n+2 (см. Гидрогенизация).  
Роль В. и его соединений в химии исключительно велика. В. обусловливает кислотные свойства т. н. протонных кислот (см. Кислоты и основания). В. склонен образовывать с нек-рыми элементами т. н. водородную связь, оказывающую определяющее влияние на свойства многих органич. и неорганич. соединений.  Получение. Осн. виды сырья для пром. получения В. - газы природные горючие, коксовый газ (см. Коксохимия) и газы нефтепереработки, а также продукты газификации твёрдых и 
жидких топлив (гл. обр. угля). В. получают также из воды электролизом (в местах с дешёвой электроэнергией). Важнейшими способами произ-ва В. из природного газа являются каталитич. взаимодействие углеводородов, гл. обр. метана, с водяным паром (конверсия): СН4 + H2О =  СО + ЗН2, и неполное окисление углеводородов кислородом: СН4 + 1/2О2 = = СО + 2Н2. Образующаяся окись углерода также подвергается конверсии: СО + Н2О = СО2 + Н2. В., добываемый из природного газа, самый дешёвый. Очень распространён способ произ-ва В. из водяного и паровоздушного газов, получаемых газификацией угля. Процесс основан на конверсии окиси углерода. Водяной газ содержит до 50% Н2 и 40% СО; в паровоздушном газе, кроме Н2 и СО, имеется значительное количество N2, к-рый используется вместе с получаемым В. для синтеза NH3. Из коксового газа и газов нефтепереработки В. выделяют путём удаления остальных компонентов газовой смеси, сжижаемых более легко, чем В., при глубоком охлаждении. Электролиз воды ведут постоянным током, пропуская его через раствор КОН или NaOH (кислоты не используются во избежание коррозии стальной аппаратуры). В лабораториях В. получают электролизом воды, а также по реакции между цинком и соляной к-той. Однако чаще используют готовый заводской В. в баллонах.  Применение. В пром. масштабе В. стали получать в конце 18 в. для наполнения возд. шаров. В настоящее время В. широко применяют в хим. пром-сти, гл. обр. для произ-ва аммиака. Крупным потребителем В. является также произ-во метилового и др. спиртов, синтетич. бензина (синтина) и др. продуктов, получаемых синтезом из В. и окиси углерода. В. применяют для гидрогенизации твёрдого и тяжёлого жидкого топлив, жиров и др., для синтеза НСl, для гидроочистки нефтепродуктов, в сварке и резке металлов кислородо-водородным пламенем (темп-pa до 2800°С) и в атомно-водородной сварке (до 4000°С). Очень важное применение в атомной энергетике нашли изотопы В.- дейтерий и тритий.

Лит.: Некрасо в Б. В., Курс общей химии, 14 изд., М.,1962; Ре ми Г., Курс неорганической химии,пер. с нем., т. 1, М., 1963; Егоров А. П., Шерешевский Д. И., Шманенков И. В., Общая химическая технология неорганических веществ, 4 изд., М., 1964; Общая химическая технология. Под ред. С. И. Вольфковича, т. 1, М., 1952; Лебедев В. В., Водород, его получение и использование, М., 1958; Налбандян А. Б., Воеводский В. В., Механизм окисления и горения водорода, М.- Л., 1949; Краткая химическая энциклопедия, т. 1, М., 1961, с. 619 - 24. С. Э. Вайсберг.

По материалам БСЭ.

Категория: В | Добавил: lascheggia (22.09.2015)
Просмотров: 99
Таблица Менделеева
Форма входа

Категории раздела
А [58]Б [51]
В [40]Г [48]
Д [40]Е [2]
Ж [11]З [24]
И [23]К [70]
Л [39]М [56]
Н [55]О [26]
П [66]Р [56]
С [97]Т [50]
У [14]Ф [32]
Х [19]Ц [59]
Ч [8]Ш [20]
Щ [7]Э [33]
Ю [1]Я [11]
Поиск
Типовые задачи

Типовые задачи и решения по общей и неорганической химии

Типовые задачи и решения по физико-химическим методам анализа

Типовые задачи и решения по электрохимии

Типовые задачи и решения по комплексным соединениям

Типовые задачи и решения по физической химии

Облако тегов
Посетители

Онлайн всего: 14
Гостей: 14
Пользователей: 0
Поделиться
lascheggia © 2012-2016
Бесплатный хостинг uCoz