Значение слова «водород»
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий (Н), 2H — дейтерий (D) и 3H — тритий (радиоактивен) (T).
Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине.
ВОДОРО’Д, а, мн. нет, м. (хим.). Самый легкий бесцветный газ, образующий в соединении с кислородом воду и не поддерживающий горения. Аэростат наполнен водородом.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
водоро́д
1. неисч. хим. химический элемент с атомным номером 1, обозначается химическим символом H ◆ …водород — самый распространенный элемент во Вселенной. И. С. Шкловский, «Из истории развития радиоастрономии в СССР», 1960 г. (цитата из НКРЯ)
2. неисч. хим. простое вещество с химической формулой H2, при нормальных условиях лёгкий горючий газ без цвета и запаха ◆ В первом режиме используются три компонента топлива — кислород, керосин и водород, а во втором — только кислород и водород. Б. И. Каторгин, «Перспективы создания мощных жидкостных ракетных двигателей», 2004 г. // «Вестник РАН» (цитата из НКРЯ) ◆ А лёгкий газ водород, которым наполняют шары, я добыть сумею. Александр Волков, «Волшебник Изумрудного города», 1939 г. (цитата из НКРЯ)
3. исч. хим. жарг. атом или ион водорода [1] ◆ Способность цианмасляного и цианпропионового эфиров обменивать один из своих водородов на натрий позволяет синтезировать эти кислоты, действуя броммасляным и бромпропионовым эфирами соответственно на натрийцианпропионовый и натрийцианмасляный эфиры. Н. Д. Зелинский, «Исследование явлений стереоизомерии среди насыщенных углеродистых соединений», 1891 г. (цитата из НКРЯ)
Водород и его свойства
Что такое водород
Водород — самый легкий химический элемент, занимающий в периодической таблице Менделеева начальное место.
Его атомный номер — единица. На одноатомную форму водорода приходится около 75% барионной массы, она считается самым распространенным веществом во всей Вселенной. Водородная плазма — основное вещество звезд, за исключением компактных.
У водорода три изотопа:
К общим характеристикам относятся следующие свойства: не имеет цвета запаха, вкуса. Двухатомная форма ( Н 2 ) нетоксична, однако в соединении с воздухом (или О 2 ) пожароопасна и склонна к взрывам. Взрывоопасность также проявляется в присутствии прочих газов-окислителей, например, фтора, хлора.
На Земле водород присутствует в составе молекулярных соединений, например, вода. Его роль в кислотно-основных реакциях трудно переоценить.
Нахождение в природе, изучение его свойств
Звездная температура позволяет существовать водороду в виде плазмы. Это примерно 6000оС. Однако пространство между звездами заполнено отдельными молекулами, атомами и ионами, которые зачастую образовывают молекулярные скопления различных размеров и форм — облака. Плотность вещества при этом не является постоянной величиной, как и его температура.
В коре Земли водород считается десятым по распространенности элементом. Его массовая доля равна 1%. В то же время по числу атомов он достигает 17%. Это второе место после кислорода, доля которого равна 52%. Отсюда и значительная роль водорода в природе, особенно в химических превращениях.
Водород, в отличие от кислорода, не может существовать в свободном состоянии, только в связанном. Исключение составляет атмосфера, в сухом остатке которой 0,00005% простого вещества — водорода.
Все органические вещества включают в свой состав водород. Велика его доля в живых клетках (по количеству атомов его удельный вес достигает 63%).
В составе воды водород имеет большое значение в протекании геохимических процессов. Так, вулканические газы вызывают истечение определенных количестве водорода вдоль разломов (причина — рифтогенез). По этой же причине часто обнаруживают водород в районе угольных месторождений.
Натуральные минералы могут содержать Н2 в виде ионов аммония, гидроксил-ионов и воды.
Причина появления молекул Н2 в атмосфере — разложение формальдегида — участника окисления метана и прочих органических соединений. Кроме того, причина его образования — неполное сгорание топлива и биомассы, фиксация азота некоторыми микроорганизмами, содержащимися в воздухе.
Молекулы водорода легкие, поэтому имеют высокую тепловую скорость. При попадании в верхние слои атмосферы такие молекулы часто улетают в космос, при этом их потери могут достигать 3 кг каждую секунду.
Химические и физические свойства
Начиная говорить о химических свойствах водорода, нужно отметить чрезвычайную прочность его двухатомной молекулы. Для того, чтобы она распалась и атомы могли провзаимодействовать с другими участниками химической реакции, необходима энергия:
Обычные температурные условия обеспечивают протекание реакций только с металлами высокой активности, к примеру, с кальцием:
1 2 C a + H 2 → C a H 2
Исключение составляет реакция с фтором, продуктом которой является фтороводород:
1 2 F 2 + H 2 → 2 H F
Если имеется возможность повышения температуры (либо при другом воздействии, к примеру, освещении), водород может вступать в реакцию с большинством металлов и неметаллов:
1 2 O 2 + 2 H 2 → 2 H 2 O
В реакциях с галогенами образуются галогеноводороды:
1 2 H 2 + F 2 → 2 H F (в темноте происходит взрыв)
1 2 H 2 + C l 2 → 2 H C l (на свету происходит взрыв)
В реакции с оксидами водород проявляет восстановительные свойства:
1 2 C u O + H 2 → H 2 O + C u
Высокая температура делает возможной реакцию с сажей:
1 2 C + 2 H 2 → C H 4
Когда активные металлы соединяются с водородом, образуются гидриды, например гидрид натрия (NaH), гидрид кальция (CaH2), гидрид магния (MgH2). Эти солеобразные твердые, легко гидролизирующиеся вещества:
1 2 C a H 2 + 2 H 2 → C a ( O H ) 2 + 2 H 2
Оксиды металлов, реагируя с водородом, восстанавливаются с выделением воды:
1 2 F e 2 O 3 + 3 H 2 → 2 F e + 3 H 2 O
Благодаря свойствам водорода, он нашел применение для восстановления органических веществ. Протекают реакции с участием катализатора, а также при высоких параметрах давления и температуры. К примеру, насыщенные алканы образуются в результате гидрирования ненасыщенных алкенов и алкинов.
Физические свойства водорода:
Хорошо растворяется в металлах, поэтому способен диффундировать в них. В серебре не растворим.
Получение водорода, как добыть вытеснением из воды
Потребление в мире водорода составляет порядка 75 млн т. Основная масса приходится на нефтепереработку и производство аммиака. Получение водорода для таких промышленных нужд происходит в основном из природного газа (его расход составляет 205 млрд м3). Оставшуюся часть берут из угля. Примерно 100 тыс т вырабатывают с помощью реакции электролиза.
Получение водорода сопровождается поступлением в атмосферу 830 млн т углекислого газа. Стоимость получения водорода из газа составляет от полутора до трех долларов за каждый кг.
Получение водорода методом электролиза в химии выглядит так:
1 2 2 N a C l + 2 H 2 O → 2 N a O H + C l 2 + H 2
Метод конверсии метана при температуре 1000оС с водяными парами:
1 2 C H 4 + H 2 O ↔ C O + 3 H 2
Следующий способ получения — пропускание водяных паров над горящим коксом (температура не менее 1000оС):
1 2 H 2 O + С ↔ С O + H 2
Свободный водород выделяется в результате реакции катализа окислением кислородом:
1 2 2 C H 4 + O 2 ↔ 2 C O + 4 H 2
В промышленности H2 часто получают путем электролиза водных растворов активных металлов:
а также путем крекинга и риформинга углеводородов при переработке нефти.
Существуют способы получения Н2 лабораторными способами:
В промышленности используется очистка водорода из сырья, которое содержит углерод (в частности — водородсодержащий газ ВСГ). Методы следующие:
Получение и собирание водорода в домашних условиях, техника безопасности
Реальным способом получения водорода в домашних условиях является реакция щелочи с алюминием. Газ получается гораздо чище, чем в реакции с кислотой. Схема следующая. В качестве алюминия используют фольгу, щелочного раствора — средство «Крот».
Берем стеклянную емкость, засыпаем в нее немного средства против засора «Крот» и наливаем 100 г воды обычной температуры. Перемешиваем до полного растворения и помещаем сюда же фольгу, скатанную в небольшие шарики. Выделение тепла свидетельствует о начале реакции, после чего ее скорость активируется. Через 20-60 секунд можно добавить новую порцию фольги.
Чтобы образовавшийся водород собрать, можно закрыть банку крышкой, сделав в ней отверстие, в которое вставить трубку. Второй конец трубки закрепить в воздушном шарике.
Поскольку водород является взрывоопасным веществом, делать это нужно крайне осторожно, начиная от момента возможного вытеснения крышки до конца процесса. Попадание водорода в воду приведет к образованию вещества, способного вызвать обморожение.
Особенности применения водорода
Водород используется во многих производственных сферах, что отражено в таблице:
| Применение | Доля |
| Производство аммиака | 54 % |
| Нефтепереработка и химическая промышленность | 35 % |
| Производство электроники | 6 % |
| Металлургия и стекольная промышленность | 3 % |
| Пищевая промышленность | 2 % |
В химической промышленности активный водород идет на производство аммиака (50%), метанола (8%). В нефтеперерабатывающей — для гидрокрекинга и гидроочистки. На эти цели расходуется около 37% всего водорода, что производится.
Пищевая и косметическая промышленность «пользуется» водородом для производства пищевых добавок, а также саломаса, маргарина, мыла, косметических продуктов.
Для химических лабораторий водород — газ-носитель для газовой хроматографии, а для метеорологии — наполнитель оболочек метеозондов.
Водород — ценное ракетное топливо, однако, ввиду незначительного диапазона температур, используется смесь жидкой и твердой фаз.
В электроэнергетике водород применяют для охлаждения электрогенераторов. Его высокая теплопроводность позволяет использовать газ для заполнения сфер гирокомпасов и колб LED-лампочек.
Что такое водород кратко
Ключевые слова конспекта: характеристика элемента водород, физические свойства водорода, получение водорода.
Водород — первый, самый легкий элемент Периодической системы элементов. Массовая доля водорода в земной коре менее 1%.
Изотопы водорода различаются массовыми числами: протий 1 Н, дейтерий 2 Н (D), тритий 3 Н (Т).
Получение водорода. В лаборатории водород получают при взаимодействии соляной кислоты НСl или разбавленной серной кислоты H2SO4(p-p) с цинком Zn:
2НСl + Zn = ZnCl2 + Н2↑,
H2SO4(p-p) + Zn = ZnSO4 + H2↑.
Другой способ — разложение воды электрическим током:
В промышленности взаимодействие метана (и родственных ему углеводородов) с кислородом в присутствии паров воды называют конверсией. Так, из метана СН4 взаимодействием с кислородом в присутствии избытка паров воды получают водород:
2СН4 + O2 + 2Н2O = 6Н2 + 2СO2.
Для отделения углекислого газа образовавшуюся смесь газов под давлением пропускают через холодную воду. Углекислый газ в воде растворяется, а водород нет.
Иногда конверсию метана проводят при недостатке водяного пара:
CH4 + Н2O = CO +3H2.
Образующуюся смесь оксида углерода(II) с водородом <синтез-газ) используют в органическом синтезе.
Разложение воды электрическим током из-за дорогой стоимости электричества в больших масштабах невыгодно.
Также водород получают при взаимодействии водяного пара с раскаленным углем:
С + Н2O = СО + Н2.
Образующуюся смесь называют водяным газом.
В промышленности используют водород, выделяющийся в реакциях разложения при нагревании каменного угля или нефти без доступа воздуха.
Конспект урока по химии «Водород: характеристика, получение». Выберите дальнейшее действие:
Водород
| Водород / Hydrogenium (H) | |
|---|---|
| Атомный номер | 1 |
| Внешний вид | газ без цвета, вкуса и запаха |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 1,00794 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 79 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 1311,3 кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 1s 1 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 32 пм |
| Радиус иона | 54 (−1 e) пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 2,20 |
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | 1, −1 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 0,0000899 (при 273K (0 °C)) г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 14,235 [1] Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 0,1815 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 14,01 K |
| Теплота плавления | 0,117 кДж/моль |
| Температура кипения | 20,28 K |
| Теплота испарения | 0,904 кДж/моль |
| Молярный объём | 14,1 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Период решётки | a=3,780 c=6,167 Å |
| Отношение c/a | 1,631 |
| Температура Дебая | 110 K |
Три из пяти изотопов водорода имеют собственные названия: 1 H — протий (Н), 2 H — дейтерий (D) и 3 H — тритий (радиоактивен) (T).
Содержание
История
Происхождение названия
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».
Распространённость
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 °C ) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных атомов и ионов.
Земная кора и живые организмы
Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый 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).
Получение
Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом — выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током.
Основной промышленный способ получения водорода — реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре (легко убедиться, что при пропускании метана даже через кипящую воду никакой реакции не происходит):
В лаборатории для получения простых веществ используют не обязательно природное сырьё, а выбирают те исходные вещества, из которых легче выделить необходимое вещество. Например, в лаборатории кислород не получают из воздуха. Это же относится и к получению водорода. Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности, — разложение воды электротоком.
Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.
В промышленности
1.Электролиз водных растворов солей:
2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C :
Конверсия с водяным паром: CH4 + H2O ⇄ CO↑ + 3H2↑ (1000 °C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH4 + O2 ⇄ 2CO↑ + 4H2↑
4. Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.
В лаборатории
1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту:
2.Взаимодействие кальция с водой:
4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
См. также
Физические свойства
Эмиссионный спектр водорода
Равновесная мольная концентрация пара-водорода
Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.
Изотопы
Давление пара для различных изотопов водорода
Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия: 1 H — протий (Н), 2 Н — дейтерий (D), 3 Н — тритий (радиоактивный) (T).
| Температура плавления, K | Температура кипения, K | Тройная точка, K / kPa | Критическая точка, K / kPa | Плотность жидкий / газ, кг/м³ | |
|---|---|---|---|---|---|
| H2 | 13.95 | 20,39 | 13,96 / 7,3 | 32,98 / 1,31 | 70,811 / 1,316 |
| HD | 22,13 | 16,60 / 12,8 | 35,91 / 1,48 | 114,80 / 1,802 | |
| HT | 22,92 | 17,63 / 17,7 | 37,13 / 1,57 | 158,62 / 2,310 | |
| D2 | 18,62 | 23,67 | 18,73 / 17,1 | 38,35 / 1,67 | 162,50 / 2,230 |
| DT | 24.38 | 19,71 / 19,4 | 39,42 / 1,77 | 211,54 / 2,694 | |
| T2 | 25,04 | 20,62 / 21,6 | 40,44 / 1,85 | 260,17 / 3,136 |
Дейтерий и тритий также имеют орто- и пара- модификации: p-D2, o-D2, p-T2, o-T2. Гетероизотопный водород (HD, HT, DT) не имеют орто- и пара- модификаций.
Химические свойства
Доля диссоциировавших молекул водорода
Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:
Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:
и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:
С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:
Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:
Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.
С галогенами образует галогеноводороды:
С сажей взаимодействует при сильном нагревании:
Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами
При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:
Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:
Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)
Гидрирование органических соединений
Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы навзывают реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр. Катализатор Уилкинсона ), так и гетерогенным (напр. никель Ренея, палладий на угле).
Геохимия водорода
На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, гигантскими планетами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё.
Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.
Особенности обращения
Взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75(74) % объёмных.
Применение
Одно время высказывалось предположение, что в недалёком будущем основным источником получения энергии станет реакция горения водорода, и водородная энергетика вытеснит традиционные источники получения энергии (уголь, нефть и др.). При этом предполагалось, что для получения водорода в больших масштабах можно будет использовать электролиз воды. Электролиз воды — довольно энергоёмкий процесс, и в настоящее время получать водород электролизом в промышленных масштабах невыгодно. Но ожидалось, что электролиз будет основан на использовании среднетемпературной ( 500—600 °C ) теплоты, которая в больших количествах возникает при работе атомных электростанций. Эта теплота имеет ограниченное применение, и возможности получения с её помощью водорода позволили бы решить как проблему экологии (при сгорании водорода на воздухе количество образующихся экологически вредных веществ минимально), так и проблему утилизации среднетемпературной теплоты.
Химическая промышленность
Пищевая промышленность
Авиационная промышленность
Топливо
В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.
