Водородът е елемент от група VII на периодичната система с атомен номер 1. За първи път е изолиран от фламандския химик Дж. Ван Хелмонт през 17 век. Изучаван от английския физик и химик Г. Кавендиш в края на 18 век. Името водород идва от гръцки. хидрогени (генериращи вода).

Водородът е един от най-разпространените елементи във Вселената. Енергията, излъчвана от Слънцето, се ражда в резултат на сливането на четири водородни ядра в хелиево ядро. На Земята водородът е част от вода, минерали, въглища, петрол и живи същества. В свободна форма малки количества водород се намират във вулканичните газове.

Водородът е газ без цвят и мирис, не се разтваря във вода и образува експлозивни смеси с въздуха. Има три вида водород: протий, деутерий и тритий, които се различават по броя на неутроните. Водородът се получава чрез електролиза на вода, като страничен продукт от рафинирането на нефт.

• Биологичната роля на водорода

  Ролята на водорода в природата 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 свързани, така и в свободни състояния, почти целият водород на Земята е под формата на съединения. Само много малко количество водород под формата на проста субстанция се намира в атмосферата (0,00005% обемни).

  Основната функция на водорода е структурирането на биологичното пространство (вода и водородни връзки) и образуването на различни органични (биологични) молекули. Водородът е в състояние да реагира с електрон-положителни и електрон-отрицателни атоми, активно взаимодейства с много елементи, като същевременно проявява както окислителни, така и редуциращи свойства. При реакции с алкални и алкалоземни метали водородът действа като окислител, а по отношение на кислорода, сярата и халогените проявява редуциращи свойства.

  При загуба на електрон водороден атом преминава в елементарна частица - протон. Във воден разтвор протон преминава в хидрониев катион, който се хидратира от три водни молекули и образува хидратиран хидрониев катион H 9 O 4+. Под формата на този катион протоните се намират във воден разтвор.

  В биологичните процеси протонът играе изключително важна роля: той определя киселинните свойства на разтворите и участва в редокс трансформации. С участието на водородни йони металните катиони се свързват в биокомплекси, възникват реакции на утаяване (например образуване на минерална основа на костната тъкан), хидролитично разлагане на липиди, полизахариди, пептиди.

  В човешкото тяло водородът в съединения с други макроелементи образува аминогрупи и сулфхидрилни групи, които играят важна роля във функционирането на различни биомолекули. Водородът е включен в структурата на протеини, въглехидрати, мазнини, ензими и други био органични съединенияизпълняващи структурни и регулаторни функции. Благодарение на водородните връзки се извършва копирането на молекулата на ДНК, която предава генетична информация от поколение на поколение.

  Водородът реагира с кислорода, за да образува водна молекула. Водата е основното вещество, което изгражда тялото. В тялото на новородено, съдържанието на вода е около 80%, при възрастен - 55-60%. Водата участва в огромен брой биохимични реакции, във всички физиологични и биологични процеси, осигурява обмена на вещества между тялото и външна средамежду клетките и вътре в клетките. Водата е структурната основа на клетките, необходимо е да се поддържа оптималният им обем, тя определя пространствената структура и функциите на биомолекулите.

  В биологичните среди част от водата (около 40%) е в свързано състояние (асоциира се с неорганични йонии биомолекули). Останалото, т.е. свободната вода е подвижна структура, свързана с водородни връзки. Има непрекъснат обмен на молекули между свободна и свързана вода.

  Водата в тялото условно се разделя на извънклетъчна и вътреклетъчна. Извънклетъчната вода от своя страна е интерстициалната течност, която заобикаля клетките; интраваскуларна течност (кръвна плазма) и трансклетъчна течност, която се намира в серозни кухини и кухи органи. Натрупването на вода в тялото (хиперхидратация) може да бъде придружено от увеличаване на съдържанието на вода в междуклетъчния сектор (оток), в серозните кухини (воднянка) и вътре в клетките (подуване). Намаляването на съдържанието на вода в организма (дехидратация) е придружено от намаляване на тургора, сухота на кожата и лигавиците, хемоконцентрация и хипотония.

  Съществува теория, свързана със структурираната природа на водата, за така наречената информационна роля на водата в живите системи и наличието на структурна памет във водните разтвори.

  Въпреки факта, че водата е един от основните компоненти на човешкото тяло, нейната роля досега е била подценявана и слабо изследвана както от учени, така и от представители на практическата медицина. Междувременно загубата на почти целия гликоген и мазнини или половината от протеина от човек по отношение на последствията за здравето им означава по-малко от загубата на само 10% вода (докато загубата на 20% вода води до смърт).

  Нуждата на човек от вода е 1-1,5 ml на Kcal консумирана храна, тоест при енергийна стойност на диетата от 2000 Kcal, тялото се нуждае от 2 до 3 литра вода на ден. Ежедневно в човешкото тяло се образуват около 300-400 мл вода в резултат на различни метаболитни реакции. Окисляването на 1 g въглехидрати води до образуването на 0,6 g вода, 1,07 g липиди и 0,41 g протеини.

• Водородна токсичност

  Водородът е нетоксичен. Смъртоносната доза за хората не е определена.

• Използването на водородни съединения

  Водородните съединения се използват в химическа индустрияв производството на метанол, амоняк и др.

  В медицината един от водородните изотопи (деутерий) се използва като етикет във фармакокинетичните изследвания. лекарства. Друг изотоп (тритий) се използва в радиоизотопната диагностика, при изследване на биохимични реакции на ензимния метаболизъм и др.

  Водородният пероксид H 2 O 2 е дезинфектант и стерилизатор.

ВОДОРОД, N (лат. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; и. hidrogeno), е химичен елемент от периодичната система от елементи на Менделеев, който едновременно се приписва на групи I и VII, атомен номер 1, атомна маса 1, 0079. Естественият водород има стабилни изотопи - протий (1 H), деутерий (2 H, или D) и радиоактивен - тритий (3 H, или T). За природните съединения средното съотношение D/Н = (158±2).10 -6 Равновесното съдържание на 3 Н на Земята е ~5,10 27 атома.

Физични свойства на водорода

Водородът е описан за първи път през 1766 г. от английския учен Г. Кавендиш. При нормални условия водородът е безцветен газ без мирис и вкус. В природата, в свободно състояние, той е под формата на H 2 молекули. Енергията на дисоциация на H 2 молекулата е 4,776 eV; йонизационният потенциал на водородния атом е 13,595 eV. Водородът е най-лекото вещество от всички известни, при 0 ° C и 0,1 MPa 0,0899 kg / m 3; точка на кипене - 252,6 ° C, точка на топене - 259,1 ° C; критични параметри: t - 240 ° C, налягане 1,28 MPa, плътност 31,2 kg / m 3. Най-топлопроводимият от всички газове е 0,174 W / (m.K) при 0 ° C и 1 MPa, специфичният топлинен капацитет е 14,208,10 3 J (kg.K).

Химични свойства на водорода

Течният водород е много лек (плътност при -253°C 70,8 kg/m 3) и течен (при -253°C е 13,8 cP). В повечето съединения водородът проявява степен на окисление +1 (подобно на алкалните метали), по-рядко -1 (подобно на металните хидриди). При нормални условия молекулярният водород е неактивен; разтворимост във вода при 20°C и 1 MPa 0,0182 ml/g; добре разтворим в метали - Ni, Pt, Pd и др. Образува вода с кислород с отделяне на топлина от 143,3 MJ / kg (при 25 ° C и 0,1 MPa); при 550°C и повече, реакцията е придружена от експлозия. При взаимодействие с флуор и хлор реакциите също протичат с експлозия. Основните водородни съединения: H 2 O, амоняк NH 3, сероводород H 2 S, CH 4, метални и халогенни хидриди CaH 2, HBr, Hl, както и органични съединения C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH и др. .

Водород в природата

Водородът е широко разпространен елемент в природата, неговото съдържание е 1% (от масата). Основният резервоар на водород на Земята е водата (11,19% по маса). Водородът е един от основните компоненти на всички естествени органични съединения. В свободно състояние той присъства във вулканични и други природни газове, в (0,0001%, от броя на атомите). Тя съставлява по-голямата част от масата на Слънцето, звездите, междузвездния газ, газовите мъглявини. Той присъства в атмосферите на планетите под формата на H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, CH, NHOH и др. Той е част от корпускулното излъчване на Слънцето (протонни потоци) и космическите лъчи (електронни потоци).

Получаване и използване на водород

Суровини за промишленото производство на водород са рафинирани газове, продукти от газификация и др. Основните методи за получаване на водород са реакцията на въглеводородите с водна пара, непълното окисление на въглеводородите, оксидната конверсия, водната електролиза. Водородът се използва за производство на амоняк, алкохоли, синтетичен бензин, солна киселина, хидропреработка на нефтопродукти, рязане на метали с водородно-кислороден пламък.

Водородът е обещаващо газообразно гориво. Деутерият и тритият са намерили приложение в ядрената енергетика.

Най-разпространеният химичен елемент във Вселената е водородът. Това е един вид референтна точка, тъй като в периодичната таблица нейният атомен номер е равен на единица. Човечеството се надява да може да научи повече за него като за едно от най-възможните превозни средства в бъдеще. Водородът е най-простият, най-лекият, най-разпространеният елемент, той е в изобилие навсякъде - седемдесет и пет процента от общата маса на материята. Има го във всяка звезда, особено много водород в газовите гиганти. Ролята му в реакциите на синтез на звезди е ключова. Без водород няма вода, което означава, че няма живот. Всеки помни, че една водна молекула съдържа един кислороден атом, а два атома в нея са водород. Това е добре познатата формула H 2 O.

Как го използваме

Водородът е открит през 1766 г. от Хенри Кавендиш, докато анализира реакцията на окисление на метал. След няколко години наблюдение той разбра, че в процеса на изгаряне на водорода се образува вода. Преди това учените изолираха този елемент, но не го смятаха за независим. През 1783 г. водородът получава името водород (в превод от гръцки "hydro" - вода, и "ген" - да раждам). Елементът, който генерира вода, е водородът. Това е газ, чиято молекулна формула е H2. Ако температурата е близка до стайна температура и налягането е нормално, този елемент е незабележим. Водородът дори не може да бъде уловен от човешките сетива - той е безвкусен, безцветен, без мирис. Но под налягане и при температура от -252,87 C (много студено!) Този газ се втечнява. Така се съхранява, тъй като под формата на газ заема много повече място. Това е течен водород, който се използва като ракетно гориво.

Водородът може да стане твърд, метален, но за това е необходимо свръхвисоко налягане и това правят сега най-изтъкнатите учени, физици и химици. Вече този елемент служи като алтернативно гориво за транспорт. Прилагането му е подобно на това как работи двигател. вътрешно горене: При изгаряне на водорода се освобождава голяма част от неговата химическа енергия. Практически е разработен и метод за създаване на горивна клетка на негова основа: когато се комбинира с кислород, възниква реакция и чрез нея се образуват вода и електричество. Възможно е скоро транспортът да "превключи" вместо бензин към водород - много автомобилни производители се интересуват от създаването на алтернативни горими материали и има някои успехи. Но чисто водороден двигател все още е в бъдещето, има много трудности. Предимствата обаче са такива, че създаването на резервоар за гориво с твърд водород е пълен ход, а учените и инженерите няма да се оттеглят.

Основна информация

Водород (лат.) - водород, първият пореден номер в периодичната таблица, е обозначен с Н. Водородният атом има маса 1,0079, това е газ, който при нормални условия няма вкус, мирис, цвят. Химиците от шестнадесети век описват определен горим газ, обозначавайки го по различни начини. Но се оказа за всички при едни и същи условия - когато киселината действа върху метала. Водородът, дори от самия Кавендиш, в продължение на много години е наричан просто „запалим въздух“. Едва през 1783 г. Лавоазие доказва, че водата има сложен състав, чрез синтез и анализ, и четири години по-късно той дава своя "запалим въздух" съвременно име. Коренът на тази сложна дума се използва широко, когато е необходимо да се назоват водородните съединения и всички процеси, в които участва. Например, хидрогениране, хидрид и други подобни. А руското име е предложено през 1824 г. от М. Соловьов.

В природата разпределението на този елемент няма равен. В литосферата и хидросферата на земната кора масата му е един процент, но водородните атоми са цели шестнадесет процента. Най-разпространената вода на Земята и 11,19% от теглото в нея е водород. Също така със сигурност присъства в почти всички съединения, които съставляват нефт, въглища, всички природни газове, глина. Водород има във всички организми на растенията и животните – в състава на протеини, мазнини, нуклеинови киселини, въглехидрати и т.н. Свободното състояние за водорода не е типично и почти никога не се среща - има много малко от него в природните и вулканичните газове. Много незначително количество водород в атмосферата - 0,0001%, по отношение на броя на атомите. От друга страна, цели потоци от протони представляват водород в околоземното пространство, което изгражда вътрешния радиационен пояс на нашата планета.

Космос

В космоса нито един елемент не е толкова разпространен като водорода. Обемът на водорода в състава на елементите на Слънцето е повече от половината от неговата маса. Повечето звезди образуват водород под формата на плазма. Основната част от различни газове на мъглявините и междузвездната среда също се състои от водород. Присъства в кометите, в атмосферата на редица планети. Естествено, не в чист вид, нито като свободен H 2, нито като метан CH 4, нито като амоняк NH 3, дори като вода H 2 O. Много често има радикали CH, NH, SiN, OH, PH и други подобни . Като поток от протони водородът е част от корпускулярната слънчева радиация и космическите лъчи.

В обикновения водород смес от два стабилни изотопа е лек водород (или протий 1 H) и тежък водород (или деутерий - 2 H или D). Има и други изотопи: радиоактивен тритий - 3 H или T, иначе - свръхтежък водород. И също така много нестабилен 4 N. В природата водородното съединение съдържа изотопи в такива пропорции: има 6800 протиеви атома на деутериев атом. Тритият се образува в атмосферата от азот, който се влияе от неутроните на космическите лъчи, но незначително. Какво означават масовите числа на изотопите? Числото показва, че протиевото ядро ​​има само един протон, докато деутерият има не само протон, но и неутрон в ядрото на атом. Тритият има два неутрона в ядрото за един протон. Но 4 N съдържа три неутрона на протон. Ето защо физични свойстваи химическите изотопи на водорода са много различни в сравнение с изотопите на всички други елементи - твърде голяма разлика в масите.

Структура и физични свойства

По отношение на структурата, водородният атом е най-простият в сравнение с всички останали елементи: едно ядро ​​- един електрон. Йонизационен потенциал - енергията на свързване на ядрото с електрона - 13,595 електрон волта (eV). Именно поради простотата на тази структура водородният атом е удобен модел в квантовата механика, когато е необходимо да се изчислят енергийните нива на по-сложни атоми. В молекулата H 2 има два атома, които са свързани чрез химична ковалентна връзка. Енергията на разпад е много висока. Атомен водород може да се образува в химични реакции, като цинк и солна киселина. Взаимодействието с водорода обаче практически не се случва - атомното състояние на водорода е много кратко, атомите незабавно се рекомбинират в молекули H2.

От физическа гледна точка, водородът е по-лек от всички известни вещества - повече от четиринадесет пъти по-лек от въздуха (припомнете си как отлетяхме въздушни балонипо празници - вътре имат само водород). Въпреки това, хелият може да кипи, втечнява, топи, втвърдява и само хелият кипи и се топи при по-ниски температури. Трудно се втечнява, нужна е температура под -240 градуса по Целзий. Но има много висока топлопроводимост. Той почти не се разтваря във вода, но металът взаимодейства перфектно с водорода - той се разтваря в почти всички, най-добре в паладий (850 обема се изразходват за един обем водород). Течният водород е лек и течен и когато се разтваря в метали, той често разрушава сплави поради взаимодействие с въглерод (например стомана), настъпва дифузия, декарбонизация.

Химични свойства

В съединенията в по-голямата си част водородът показва степен на окисление (валентност) от +1, като натрий и други алкални метали. Той се счита за техен аналог, стоящ начело на първата група от системата на Менделеев. Но водородният йон в металните хидриди е отрицателно зареден със степен на окисление -1. Също така, този елемент е близък до халогените, които дори са в състояние да го заменят в органични съединения. Това означава, че водородът също може да бъде приписан към седмата група от системата на Менделеев. При нормални условия водородните молекули не се различават по активност, комбинирайки се само с най-активните неметали: добре е с флуор, а ако е лек, с хлор. Но при нагряване водородът става различен - той реагира с много елементи. Атомният водород, в сравнение с молекулния водород, е много активен химически, така че водата се образува във връзка с кислорода и по пътя се отделят енергия и топлина. В стайна температуратази реакция е много бавна, но при нагряване над петстотин и петдесет градуса се получава експлозия.

Водородът се използва за редуциране на метали, тъй като отнема кислорода от техните оксиди. С флуора водородът образува експлозия дори на тъмно и при минус двеста петдесет и два градуса по Целзий. Хлорът и бромът възбуждат водорода само при нагряване или осветяване, а йодът само при нагряване. Водородът и азотът образуват амоняк (така се правят повечето торове). При нагряване той много активно взаимодейства със сяра и се получава сероводород. С телур и селен е трудно да се предизвика реакция на водород, но с чист въглерод реакцията протича при много високи температури и се получава метан. С въглеродния оксид водородът образува различни органични съединения, тук влияят налягането, температурата, катализаторите и всичко това е от голямо практическо значение. Като цяло ролята на водорода, както и на неговите съединения, е изключително голяма, тъй като придава киселинни свойства на протонните киселини. Водородните връзки се образуват с много елементи, които оказват влияние върху свойствата както на неорганичните, така и на органичните съединения.

Получаване и използване

Водородът се получава в промишлен мащаб от природни газове - горими, коксови пещи, газове от рафинирането на нефт. Може да се получи и чрез електролиза, където електричеството не е твърде скъпо. Въпреки това, най-важният метод за производство на водород е каталитичната реакция на въглеводороди, предимно метан, с водна пара, когато се получава преобразуване. Методът за окисляване на въглеводороди с кислород също е широко използван. Извличането на водород от природен газ е най-евтиният начин. Другите две са използването на газ от коксови пещи и газ от рафинерия - водородът се отделя, когато другите компоненти се втечнят. Те се втечняват по-лесно, а за водород, както си спомняме, се нуждаете от -252 градуса.

Водородният пероксид е много популярен. Лечението с този разтвор се използва много често. Молекулната формула H 2 O 2 едва ли ще бъде наречена от всички онези милиони хора, които искат да бъдат блондинки и изсветляват косата си, както и тези, които обичат чистотата в кухнята. Дори тези, които третират драскотини от игра с коте, често не осъзнават, че използват обработка с водород. Но всички знаят историята: от 1852 г. водородът се използва в аеронавтиката дълго време. Дирижабълът, изобретен от Хенри Гифард, е базиран на водород. Наричаха ги цепелини. Цепелините бяха изтласкани от небето от бързото развитие на самолетостроенето. През 1937 г. има голяма авария, когато дирижабълът Хинденбург изгаря. След този инцидент цепелините никога повече не са били използвани. Но в края на осемнадесети век разпространението балониизпълнен с водород беше повсеместен. В допълнение към производството на амоняк, днес водородът е необходим за производството на метилов алкохол и други алкохоли, бензин, хидрогениран тежък течно горивои твърдо гориво. Не можете да правите без водород при заваряване, при рязане на метали - може да бъде кислород-водород и атомно-водород. А тритият и деутерият дават живот на ядрената енергия. Това, както си спомняме, изотопи на водорода.

Неумивакин

Водородът като химичен елемент е толкова добър, че няма как да не има свои фенове. Иван Павлович Неумивакин - лекар медицински науки, професор, лауреат на Държавната награда и има още много звания и награди, сред тях. Като лекар по традиционна медицина той е обявен за най-добрия народен лечител в Русия. Именно той разработи много методи и принципи за предоставяне на медицинска помощ на астронавтите по време на полет. Именно той създаде уникална болница - болница на борда на космически кораб. В същото време е държавен координатор на направление козметична медицина. Космос и козметика. Страстта му към водорода не е насочена към изкарване на големи пари, както сега е в домашната медицина, а напротив, да научи хората как да лекуват каквото и да било от буквално стотинка лек лек, без допълнителни посещения в аптеките.

Той насърчава лечението с лекарство, което присъства буквално във всеки дом. Това е водороден прекис. Можете да критикувате Неумивакин колкото искате, той все пак ще настоява за себе си: да, наистина, буквално всичко може да се излекува с водороден прекис, защото той насища вътрешните клетки на тялото с кислород, унищожава токсините, нормализира киселинните и алкалните баланс, а от тук се регенерират тъканите, подмладява се цялото тяло.организъм. Все още никой не е виждал някой излекуван с водороден прекис, още по-малко изследван, но Неумивакин твърди, че с помощта на това лекарство можете напълно да се отървете от вирусни, бактериални и гъбични заболявания, да предотвратите развитието на тумори и атеросклероза, да победите депресията, да подмладите тялото и никога не се разболяват от ТОРС и настинки.

Панацея

Иван Павлович е сигурен, че с правилната употреба на това просто лекарство и с всички прости инструкции можете да победите много заболявания, включително много сериозни. Списъкът им е огромен: от пародонтоза и тонзилит до инфаркт на миокарда, инсулт и диабет. Такива дреболии като синузит или остеохондроза отлитат от първите сесии на лечение. Дори раковите тумори се плашат и бягат от водородния прекис, защото имунната система се стимулира, животът на тялото и неговите защитни сили се активират.

Дори децата могат да се лекуват по този начин, с изключение на това, че за момента е по-добре бременните жени да се въздържат от употребата на водороден прекис. Този метод също не се препоръчва за хора с трансплантирани органи поради възможна тъканна несъвместимост. Дозировката трябва да се спазва стриктно: от една капка до десет, като се добавя по една всеки ден. Три пъти на ден (тридесет капки трипроцентен разтвор на водороден прекис на ден, уау!) половин час преди хранене. Можете да въведете разтвора интравенозно и под наблюдението на лекар. Понякога водороден прекис се комбинира за по-ефективен ефект с други лекарства. Вътре разтворът се използва само в разредена форма - с чиста вода.

Външно

Компресите и изплакванията бяха много популярни още преди професор Неумивакин да създаде своите методи. Всеки знае, че подобно на алкохолни компреси, водородният прекис не може да се използва в чист вид, тъй като ще има изгаряния на тъкани, но брадавици или гъбични инфекции се смазват локално и със силен разтвор - до петнадесет процента.

При кожни обриви, с главоболие се извършват и процедури, в които участва водороден прекис. Компресът трябва да се направи с памучна кърпа, напоена с разтвор от две чаени лъжички три процента водороден прекис и петдесет милиграма чиста вода. Покрийте тъканта с фолио и увийте с вълна или кърпа. Продължителността на компреса е от четвърт час до час и половина сутрин и вечер до възстановяване.

Мнение на лекарите

Мненията са разделени, не всички се възхищават на свойствата на водородния прекис, освен това не само не им вярват, но им се смеят. Сред лекарите има такива, които подкрепиха Неумивакин и дори подхванаха развитието на неговата теория, но те са в малцинството. Повечето лекари смятат такъв план за лечение не само за неефективен, но често и за фатален.

Всъщност все още няма официално доказан случай, когато пациентът да бъде излекуван с водороден прекис. В същото време няма информация за влошаване на здравето във връзка с използването на този метод. Но ценното време е загубено и човек, който е получил едно от тежките заболявания и напълно разчита на панацеята на Неумивакин, рискува да закъснее за началото на истинското си традиционно лечение.

AT периодична системаводородът се намира в две групи елементи, които са абсолютно противоположни по своите свойства. Тази функция го прави напълно уникален. Водородът е не само елемент или вещество, но и а интегрална частмного сложни съединения, органогенни и биогенни елементи. Затова разглеждаме неговите свойства и характеристики по-подробно.

Освобождаването на горим газ при взаимодействието на метали и киселини се наблюдава още през 16 век, тоест по време на формирането на химията като наука. Известният английски учен Хенри Кавендиш изучава веществото от 1766 г. и му дава името "запалим въздух". При изгаряне този газ произвежда вода. За съжаление, придържането на учения към теорията за флогистона (хипотетична „свръхфина материя“) му попречи да стигне до правилните заключения.

Френският химик и натуралист А. Лавоазие, заедно с инженера Ж. Мьоние и с помощта на специални газометри, през 1783 г. извършва синтеза на вода, а след това и нейния анализ чрез разлагане на водна пара с нажежено желязо. Така учените успяха да стигнат до правилните заключения. Те открили, че "горим въздух" не е само част от водата, но може да се получи и от нея.

През 1787 г. Лавоазие предполага, че изследваният газ е просто вещество и съответно е един от основните химични елементи. Той го нарече хидроген (от гръцките думи hydor - вода + gennao - раждам), тоест "раждам вода".

Руското име "водород" е предложено през 1824 г. от химика М. Соловьов. Определянето на състава на водата бележи края на "теорията на флогистона". В края на 18-ти и 19-ти век беше установено, че водородният атом е много лек (в сравнение с атомите на други елементи) и неговата маса е взета като основна единица за сравнение на атомните маси, като се получава стойност, равна на 1.

Физически свойства

Водородът е най-лекият от всички известни на науката вещества (той е 14,4 пъти по-лек от въздуха), неговата плътност е 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Този материал се топи (втвърдява) и кипи (втечнява се), съответно, при -259,1 ° C и -252,8 ° C (само хелият има по-ниско t ° на кипене и топене).

Критичната температура на водорода е изключително ниска (-240 °C). Поради тази причина втечняването му е доста сложен и скъп процес. Критичното налягане на веществото е 12,8 kgf / cm², а критичната плътност е 0,0312 g / cm³. Сред всички газове водородът има най-висока топлопроводимост: при 1 атм и 0 ° C тя е 0,174 W / (mxK).

Специфичният топлинен капацитет на вещество при същите условия е 14,208 kJ / (kgxK) или 3,394 cal / (gh °C). Този елемент е слабо разтворим във вода (около 0,0182 ml / g при 1 atm и 20 ° C), но добре - в повечето метали (Ni, Pt, Pa и други), особено в паладий (около 850 обема на обем Pd) .

Последното свойство е свързано със способността му да дифундира, докато дифузията през въглеродна сплав (например стомана) може да бъде придружена от разрушаване на сплавта поради взаимодействието на водород с въглерод (този процес се нарича декарбонизация). В течно състояние веществото е много леко (плътност - 0,0708 g / cm³ при t ° \u003d -253 ° C) и течно (вискозитет - 13,8 градуса по Целзий при същите условия).

В много съединения този елемент проявява +1 валентност (степен на окисление), подобно на натрия и други алкални метали. Обикновено се счита за аналог на тези метали. Съответно той оглавява I група от системата на Менделеев. В металните хидриди водородният йон проявява отрицателен заряд (степента на окисление е -1), тоест Na + H- има структура, подобна на Na + Cl- хлорид. В съответствие с този и някои други факти (близостта на физичните свойства на елемента "H" и халогените, способността да се заменят с халогени в органични съединения), водородът е приписан към група VII на системата на Менделеев.

При нормални условия молекулярният водород има ниска активност, директно се комбинира само с най-активните неметали (с флуор и хлор, с последния - на светлина). От своя страна, когато се нагрява, той взаимодейства с много химични елементи.

Атомният водород има повишена химическа активност (в сравнение с молекулярния водород). С кислород той образува вода по формулата:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

отделяйки 285,937 kJ/mol топлина или 68,3174 kcal/mol (25°C, 1 atm). При нормални температурни условия реакцията протича доста бавно, а при t ° >= 550 ° С е неконтролирана. Границите на експлозивност на смес от водород + кислород по обем са 4–94% H₂, а смесите от водород + въздух са 4–74% H₂ (смес от два обема H2 и един обем O₂ се нарича експлозивен газ).

Този елемент се използва за намаляване на повечето метали, тъй като отнема кислород от оксидите:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H2 = Cu + H2O и др.

С различни халогени водородът образува водородни халогениди, например:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Въпреки това, когато реагира с флуор, водородът експлодира (това се случва и на тъмно, при -252 ° C), реагира с бром и хлор само при нагряване или осветяване, а с йод - само при нагряване. При взаимодействие с азот се образува амоняк, но само на катализатор, при повишени налягания и температури:

ZN2 + N2 = 2NH3.

При нагряване водородът активно реагира със сярата:

H2 + S = H2S (сероводород),

и много по-трудно - с телур или селен. Водородът реагира с чист въглерод без катализатор, но при високи температури:

2H2 + C (аморфен) = CH4 (метан).

Това вещество реагира директно с някои от металите (алкални, алкалоземни и други), образувайки хидриди, например:

Н2 + 2Li = 2LiH.

Не малко практическо значение имат взаимодействията на водорода и въглеродния оксид (II). В този случай в зависимост от налягането, температурата и катализатора се образуват различни органични съединения: HCHO, CH₃OH и др. Ненаситените въглеводороди се превръщат в наситени по време на реакцията, например:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Водородът и неговите съединения играят изключителна роля в химията. Той определя киселинните свойства на т.нар. протонните киселини са склонни да образуват водородни връзки с различни елементи, които оказват значително влияние върху свойствата на много неорганични и органични съединения.

Получаване на водород

Основните видове суровини за промишлено производствоот този елемент са газовете за рафиниране на нефт, природните горими и коксови газове. Получава се и от вода чрез електролиза (на места с достъпно електричество). Един от най-важните методи за производство на материал от природен газ е каталитичното взаимодействие на въглеводороди, главно метан, с водна пара (т.нар. конверсия). Например:

CH4 + H2O = CO + ZH2.

Непълно окисление на въглеводороди с кислород:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Синтезираният въглероден оксид (II) претърпява преобразуване:

CO + H2O = CO2 + H2.

Водородът, произведен от природен газ, е най-евтиният.

За електролиза на вода се използва постоянен ток, който се пропуска през разтвор на NaOH или KOH (киселини не се използват, за да се избегне корозия на оборудването). При лабораторни условия материалът се получава чрез електролиза на вода или в резултат на реакцията между солна киселина и цинк. Въпреки това, по-често се използва готов фабричен материал в цилиндри.

От газовете от рафинерията и коксовия газ този елемент се изолира чрез отстраняване на всички други компоненти на газовата смес, тъй като те се втечняват по-лесно при дълбоко охлаждане.

Този материал започва да се добива индустриално в края на 18 век. След това се използва за пълнене на балони. На този моментводородът се използва широко в промишлеността, главно в химическата промишленост, за производство на амоняк.

Масовите потребители на веществото са производителите на метилови и други алкохоли, синтетичен бензин и много други продукти. Получават се чрез синтез от въглероден оксид (II) и водород. Водородът се използва за хидрогениране на тежки и твърди течни горива, мазнини и др., за синтез на HCl, хидропреработка на нефтопродукти, както и при рязане/заваряване на метали. Най-важните елементи за ядрената енергетика са нейните изотопи – тритий и деутерий.

Биологичната роля на водорода

Около 10% от масата на живите организми (средно) се пада на този елемент. Той е част от водата и най-важните групи природни съединения, включително протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати. За какво служи?

Този материал играе решаваща роля: за поддържане на пространствената структура на протеините (кватернерна), за прилагане на принципа на комплементарност на нуклеиновите киселини (т.е. при прилагането и съхранението генетична информация), като цяло в "разпознаване" на молекулярно ниво.

Водородният йон Н+ участва във важни динамични реакции/процеси в организма. Включително: в биологичното окисляване, което осигурява енергия на живите клетки, в реакциите на биосинтеза, при фотосинтезата в растенията, в бактериалната фотосинтеза и азотфиксацията, в поддържането на киселинно-алкалния баланс и хомеостазата, в процесите на мембранен транспорт. Заедно с въглерода и кислорода, той формира функционалната и структурна основа на явленията на живота.

История на отваряне:

От 15-ти век много изследователи отбелязват отделянето на горим газ по време на взаимодействието на киселини с метали. Първото подробно описание на водорода, наречен "запалим въздух" и "дефлогистичен въздух", е дадено от английския химик Хенри Кавендиш през 1766 г. През 1783 г. Антоан Лавоазие доказва, че водородът е част от водата и го включва в своята таблица на химичните елементи, наречени водород (раждащи водата). Руското име "водород" е предложено от химика М. Ф. Соловьов през 1824 г. - по аналогия с "кислород" М. В. Ломоносов.

Да бъдеш сред природата и да получиш:

Водородът представлява около 92% от всички атоми във Вселената. Той е главният съставна частматерията на звездите и междузвездния газ, под формата на съединения образува атмосферата на много планети. На Земята делът на водородните атоми е 17%, той е част от най-разпространеното вещество - водата, в състава на съединенията, които образуват живи организми, където делът на атомите му е около 50%. В същото време масовата част на водорода на Земята (земната кора + хидросфера) е около 1,5%
Основният метод за получаване на водород в лабораторията е взаимодействието на метали (Zn, Fe) с разредени киселини, както и електролизата на алкални разтвори. В промишлеността водородът се получава чрез електролиза на солеви разтвори (NaCl), преобразуване или каталитично окисление на метан, крекинг или реформинг на въглеводороди (рафиниране на нефт).
Преобразуване на метан: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2

Физически свойства:

Водородът се среща под формата на три изотопа, които имат индивидуални имена и символи: 1 H - протий (H), 2 H - деутерий (D), 3 H - тритий (T). Естественият водород съдържа 99,99% протий и 0,01% деутерий. Тритият се среща в природата в много малки количества, той е радиоактивен с период на полуразпад от 12,32 години.
проста субстанция H 2, най-лекият газ, безцветен, без мирис и вкус, точка на топене -259,1, точка на кипене -252,8 ° C, слабо разтворим във вода - 18,8 ml / l. Водородът е силно разтворим в много метали (850 обема на 1 обем Pd) и може лесно да дифундира през метални мембрани.
Тежък водород D 2 има два пъти по-голяма плътност и малко по-високи точки на топене и кипене (-254,5°C и -249,5°C)

Химични свойства:

При обикновени температури водородът реагира само с много активни метали (например с калций) и неметали: флуор (без светлина, с експлозия), хлор (на светлина, с експлозия). Той реагира с повечето неметали при нагряване (с кислород реакцията протича мигновено при запалване). Смес от кислород и водород в съотношение 1:2 се нарича "експлозивен газ". Има изразени редуциращи свойства, редуциращи метални оксиди: желязо, мед, олово, волфрам и др. В присъствието на катализатори (Pt, Ni), той добавя към множеството връзки на органични съединения (реакция на хидрогениране).

Най-важните връзки:

Водороден оксид, Н 2 О- Водата е безцветна течност, безцветна, без мирис, без вкус. Аномалните физични свойства на водата (Tmelt = 0°C, Tboil = 100°C) се дължат на образуването на междумолекулни водородни връзки. Това е амфолит, дисоцииращ с образуването на хидроксониеви йони и хидроксидни йони, но степента на дисоциация е 1,8 * 10 -16, следователно чистата вода почти не провежда електрически ток.
Водата е силно реактивно вещество. Основни реакции:
- реакции на съединения с оксиди на активни метали и неметали, с образуване на съответните хидроксиди с основен или киселинен характер;
- реакции на хидролиза (обратими и необратими) на много неорганични и органични вещества;
- реакции на хидратация - добавяне на вода към множество връзки на органични съединения.

Водороден пероксид - H 2 O 2- безцветна сиропирана течност, безцветна, без мирис, с неприятен метален вкус. При максимална концентрация - течност (с плътност около 1,5 g/cm3), Tm -0,43°C, Tbp 150°C. Във вода, етилов алкохол, етилов етер се разтваря във всяко съотношение.
В концентрирани разтвори водородният прекис е нестабилен, разлага се на вода и кислород с експлозия. Предизвиква тежки изгаряния.
Обикновено се използва под формата на разредени (3%-30%) разтвори. Окислител? върху които е използвано използването му като белина, дезинфектант и др. В природата се среща в по-ниските слоеве на атмосферата, при валежите.

Йонни хидриди - MH x- съединения на водорода с алкални и алкалоземни метали, където водородът има степен на окисление -1. Твърди вещества, подобни на сол. Реставратори. Водата и киселините се разлагат с отделяне на водород: NaH + H 2 O → NaOH + H 2

Хидриди ковалентни - H x X- съединения на водорода с неметали, където водородът има степен на окисление +1. Газове, много отровни. Редуциращи агенти поради неметални. Свойствата варират от инертни (метан) до киселинни (халогеноводородни). Амонякът NH 3 и в по-малка степен фосфинът PH 3 проявяват основни свойства. С изключение на халогеноводородите, той е запалим с образуването на съответните оксиди.

Приложение:

Едно от първите употреби на водород беше в самолети, по-леки от въздуха: балонии дирижабли. Поради високата опасност от пожар на водорода, това приложение беше прекратено, с изключение на метеорологичните балони.

Атомен водород се използва за атомно водородно заваряване. Течният водород е един от видовете ракетно гориво. Водородно-кислородните горивни клетки използват водород за директно преобразуване на енергия химическа реакцияв електрически.

Като редуциращ агент при производството на някои метали, за производство на твърди мазнини чрез хидрогениране на растителни масла. В химическата промишленост - получаване на амоняк, хлороводород и др.

Водороден пероксид: 3% разтвор се използва в медицината, козметологията, индустрията за избелване на слама, пера, лепило, кожи, кожи и др., 60% разтвор се използва за избелване на мазнини и масла. Силно концентрирани разтвори (85-90%), смесени с някои горими вещества, се използват за получаване на експлозивни смеси, като окислител в ракетни и торпедни двигатели.

Литий-6 деутерид: като източник на деутерий и тритий в термоядрени оръжия (водородна бомба).

Новикова О., Пасюк Е.
Тюменски държавен университет, 502 група, 2013 г

Източници:
Водород // Уикипедия. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=55655584
Водород // Онлайн енциклопедия по света. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/VODOROD.html (дата на достъп: 23.05.2013 г.).
Пчолкина Г.В. Урок номер 24. Водород//HimuLa.com URL адрес: https://sites.google.com/site/himulacom/ (Посетен на 23.05.2013 г.).