Водород

Генри Кавендиш
Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Знаменитый английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал
История открытия.

Антуан Лавуазье
Французский химик А. ЛавуазьеФранцузский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. МеньеФранцузский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.
История открытия.

Происхождение названия
А.Лавуазье дал водороду название hydrogène
(от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γενναω — «рождаю») — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с ломоносовским «кислородом».

Физические свойства
При обычных условиях водород - газ без цвета и запаха.
Водород - самый легкий из всех элементов: в 14,5 раза легче воздуха, слабо растворим в воде (в 100 объемах воды при комнатной температуре растворяются 2 объема водорода).
При температуре -253 °С и атмосферном давлении водород переходит в жидкое состояние, а при -259 °С затвердевает.
При повышенной температуре водород хорошо растворим во многих металлах (никеле, платине, палладии).

Распространённость
Земная кора
Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это девятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~ 52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму).

Во Вселенной
Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1%). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа.
В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~ 6000 °С) и межзвёздного пространства, пронизанного космическим излучением, этот элемент существует в виде отдельных атомов.

Получение
В лаборатории
1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2.Взаимодействие кальция с водой:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
3.Гидролиз гидридов:
NaH + H2O = NaOH + H2↑
Аппарат Киппа.
Соляная кислота
цинк

Zn
Zn
+
H
H
Cl
Cl
Zn
+
+
2
HCl
=
ZnCl2
+
H2
Взаимодействие цинка с соляной кислотой.

Взаимодействие кальция с водой.
Ca
+
H
OH
H
OH
Ca
+
H2O
2
=
Ca(OH)2
+
H2

Химические свойства
Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:
Н2 = 2Н − 432 кДж
Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:
Ca + Н2 = СаН2
и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:
F2 + H2 = 2HF

Химические свойства.
С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре, освещении. Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:
CuO + Н2 = Cu + Н2O
Записанное уравнение отражает реакцию восстановления. Реакциями восстановления называются процессы, в результате которых от соединения отнимается кислород; вещества, отнимающие кислород, называются восстановителями (при этом они сами окисляются).

Химические свойства.
С неметаллами:
F2 + H2 = 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,
Cl2 + H2 = 2HCl (хлороводород) реакция протекает со взрывом, только на свету.
С азотом образует газ аммиак(в особых условиях)
N2 + 3H2 = 2NH3

Особенности обращения
Водород при смеси с воздухомВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздухаВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислородаВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасенВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадении на кожуВодород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадении на кожу может вызвать сильное обморожение.

Применение водорода.
Водород используется для резки и сварки металлов в смеси с кислородом.

Химическая промышленность
При производстве аммиакаПри производстве аммиака, мылаПри производстве аммиака, мыла и пластмасс

Пищевая промышленность
При производстве маргарина из жидких растительных масел
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ)

Метеорология.
Водород очень лёгок и в воздухеВодород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Водородом наполняют шары –Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Водородом наполняют шары – зонды, которые поднимаются на высоту до 35 км. Раньше им наполняли дирижабли.

Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько ужасных катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием.
Метеорология.

Водород топливо.
Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар (однако, само получение водорода приводит к некоторому загрязнению окружающей среды).

Тест.
Какое из приведенных утверждений неверно:
а)водород хорошо растворим в воде; б) водород не имеет запаха; в) водород – бесцветный газ; г) водород легче воздуха.
2. С какими из перечисленных веществ реагирует водород:
а) с солями; б) с оксидами металлов; в) с кислотами; г) с водой.
3. Опаснее всего подносить огонь к сосуду, в котором находится:
а) азот; б) кислород; в) смесь азота с водородом; г) смесь водорода с кислородом.
4. Вещества, отнимающие кислород, называются:
а) окислители; б) катализаторы; в) индикаторы; г) восстановители.
5. В состав молекулы любой кислоты входят атомы:
а) металла; б) водорода; в) хлора; г)кислорода.
Ответы: 1 – а; 2 – б; 3 – в; 4 – г; 5 – б.