Узнать больше о водороде

Водород - самый легкий химический элемент во Вселенной, он способен связываться с другими атомами водорода, образуя газ, который имеет несколько применений.

Изображение Флоренсии Виаданы на Unsplash

Водород - это химический элемент с наименьшей атомной массой (1 ед.) И наименьшим атомным номером (Z = 1) среди всех элементов, известных на сегодняшний день. Несмотря на то, что водород находится в первом периоде семейства IA (щелочные металлы) Периодической таблицы, он не имеет физических и химических характеристик, подобных элементам этого семейства, и, следовательно, не является его частью. В целом водород является самым распространенным элементом во всей Вселенной и четвертым по распространенности элементом на планете Земля.

Водород обладает уникальными характеристиками, то есть не похож ни на один другой химический элемент, известный человеку. Водород обычно входит в состав нескольких типов органических и неорганических веществ, таких как метан и вода. Когда он не входит в состав химических веществ, он находится исключительно в газообразной форме, формула которой - H2.

В естественном состоянии и при нормальных условиях водород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Это молекула с большой способностью накапливать энергию, и по этой причине ее использование в качестве возобновляемого источника электрической и тепловой энергии широко исследуется.

Открытие водорода

В середине XVI века Паресельсы решили вступить в реакцию некоторых металлов с кислотами и в итоге получили водород. Несмотря на предварительные испытания, Генри Кавендишу удалось отделить водород от легковоспламеняющихся газов и в 1766 году считать его химическим элементом.

Не будучи металлом, тем более неметаллом составляет свою особенность в Периодической таблице. В 1773 году Антуан Лавуазье дал химическому веществу название водород, которое происходит от греческого гидро а также гены, и означает генератор воды.

водород в природе

Водород входит в химический состав нескольких органических веществ (белки, углеводы, витамины и липиды) и неорганических (кислоты, основания, соли и гидриды);
В атмосферном воздухе он присутствует в газообразной форме, представленной молекулярной формой H2, которая образуется через ковалентную связь между двумя атомами водорода;
Водород также составляет молекулы воды, важный ресурс для жизни.

источники водорода

На Земле водород встречается не в чистом виде, а в комбинированном виде (углеводороды и производные). По этой причине водород необходимо извлекать из различных источников. Основными источниками водорода являются:

Природный газ;
Спирт этиловый;
Метанол;
Воды;
Биомасса;
Метан;
Водоросли и бактерии;
Бензин и Дизель.

Характеристики атомарного водорода

Он имеет три изотопа (атомы с одинаковым атомным номером и разными массовыми числами), а именно протий (1H1), дейтерий (1H2) и тритий (1H3);
Имеет только один электронный уровень;
В его ядре есть единственный протон;
У него только один электрон на электронном уровне;
Количество нейтронов зависит от изотопа - протия (0 нейтронов), дейтерия (1 нейтрон) и трития (2 нейтрона);
Он имеет один из самых маленьких атомных радиусов в Периодической таблице;
Он имеет большую электроотрицательность, чем любой металлический элемент;
Он имеет больший потенциал ионизации, чем любой металлический элемент;
Это атом, способный превращаться в катион (H +) или анион (H-).

Стабильность атома водорода достигается, когда он получает электрон в валентной оболочке (самой внешней оболочке атома). В ионных связях водород взаимодействует исключительно с металлом, получая от него электрон. В ковалентных связях водород делит свой электрон с металлом или сам с собой, образуя одинарные связи.

Характеристики молекулярного водорода (H2)

При комнатной температуре всегда находится в газообразном состоянии;
Это горючий газ;
Температура плавления -259,2 ° C;
Температура кипения -252,9 ° C;
Он имеет молярную массу, равную 2 г / моль, и является самым легким газом;
Он имеет сигма-ковалентную связь типа s-s между двумя задействованными атомами водорода;
Между атомами есть два электрона;
Он имеет молекулярную геометрию линейного типа;
Его молекулы неполярны;
Его молекулы взаимодействуют посредством индуцированных дипольных сил.

Молекулярный водород имеет большое химическое сродство с несколькими соединениями. Это свойство касается способности одного вещества вступать в реакцию с другим, потому что даже если два или более веществ вступают в контакт, но между ними нет сродства, реакция не произойдет. Таким образом, он участвует в таких реакциях, как гидрирование, горение и простой обмен.

Способы получения молекулярного водорода (H2)

физический метод

Молекулярный водород можно получить из атмосферного воздуха, так как он является одним из газов, присутствующих в этой смеси. Для этого необходимо направить атмосферный воздух на метод фракционного ожижения, а затем - на фракционную перегонку.

химический метод

Молекулярный водород можно получить с помощью определенных химических реакций, таких как:

Простой обмен: реакция, в которой неблагородный металл (Me) замещает водород, присутствующий в неорганической кислоте (HX), образуя любую соль (MeX) и молекулярный водород (H2):

Me + HX → MeX + H2

Гидратация коксующегося угля (побочный продукт угля): в этой реакции углерод (C) угля взаимодействует с кислородом воды (H2O), образуя монооксид углерода и газообразный водород:

С + Н2О → СО + Н2

Электролиз воды: когда вода подвергается процессу электролиза, происходит образование газов кислорода и водорода:

H2O (1) → H2 (г) + O2 (г)

Водородные коммуникации

Топливо для ракет или автомобилей;
Дуговые горелки (используют электрическую энергию) для резки металлов;
Сварные швы;
Органический синтез, точнее в реакциях гидрирования углеводородов;
Органические реакции, превращающие жиры в растительные масла;
Производство галогенидов водорода или гидрогенизированных кислот;
Производство гидридов металлов, таких как гидрид натрия (NaH).

Водородная бомба

Водородная бомба, водородная бомба или термоядерная бомба - это атомная бомба, имеющая наибольший потенциал к разрушению. Его действие связано с процессом ядерного синтеза, поэтому его также можно назвать термоядерной бомбой.

Взрыв водородной бомбы является результатом процесса термоядерного синтеза, который происходит при очень высоких температурах, примерно 10 миллионов градусов Цельсия. Процесс производства этой бомбы начинается с объединения изотопов водорода - протия, дейтерия и трития. Соединение изотопов водорода заставляет ядро атома вырабатывать еще больше энергии, потому что образуются ядра гелия, атомная масса которых в 4 раза больше, чем у водорода.

Таким образом, ядро, которое было легким, становится тяжелым. Следовательно, процесс ядерного синтеза в тысячи раз более жестокий, чем процесс деления. Сила водородной бомбы может достигать 10 миллионов тонн динамита, высвобождая радиоактивный материал и электромагнитное излучение на уровне, намного превышающем уровень атомных бомб.

Первое испытание водородной бомбы в 1952 году высвободило количество энергии, эквивалентное примерно 10 миллионам тонн в тротиловом эквиваленте. Примечательно, что этот тип реакции является источником энергии звезд, подобных Солнцу. Он состоит из 73% водорода, 26% гелия и 1% других элементов. Это объясняется тем, что в его ядре происходят реакции синтеза, в которых атомы водорода сливаются с образованием атомов гелия.

Интересные факты о водороде

Молекулярный водород легче воздуха и использовался в жестких дирижаблях немецким графом Фердинандом фон Цеппелином, отсюда и название дирижаблей;
Молекулярный водород может синтезироваться некоторыми бактериями и водорослями;
Водород можно использовать в производстве экологически чистого топлива;
Метановый газ (CH4) становится все более важным источником водорода.

lovesouthernsocial.com