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.
