Глава 1

Водород. Всегда на первом месте

Будем знакомы


Химический элемент Н (водород) в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (здесь и далее – ПСХЭ) занимает клеточку-«квартиру» под номером 1. Правда, размещаться она имеет право сразу в двух местах: главной подгруппе I группы (IA) и главной подгруппе VII группы (VIIA).



Строение атома водорода: ядро (1 протон, 0 нейтронов) и 1 электрон.


Строение атома водорода (слева) и распределение электронов на s-орбитали (справа)


Водород может «отдать» свой единственный электрон другому атому, проявляя свойства восстановителя. В этом отношении он близок к щелочным металлам (IA группа). А может присоединить 1 электрон, стать окислителем, как неметаллы VIIA группы.


Водород как восстановитель и как окислитель


В соединениях водород имеет валентность I.


Это интересно

Помните, водород существует в виде трех изотопов:

– протий. Самый распространенный. Строение его атома: 1 протон, 0 нейтронов, 1 электрон;

– дейтерий («тяжелый» водород). Строение атома: 1 протон, 1 нейтрон, 1 электрон;

– тритий. Еще тяжелее предыдущих за счет дополнительного нейтрона. Строение атома: 1 протон, 2 нейтрона и 1 электрон. Радиоактивен.



Какой я?

Молекулы простого вещества водорода состоят из двух атомов.

Это газ без цвета, вкуса и запаха. Легче воздуха. В воде нерастворим (обратим внимание на это свойство!). Температура кипения составляет -253 градуса. Взрывоопасен!


Получение водорода

Способы получения водорода различаются в зависимости от назначения газа. Водород получают как в лабораторном кабинете (для исследований), так и на заводе для нужд промышленности.


Получение водорода в лаборатории. Газ собирают в перевернутую вверх дном пробирку путем вытеснения воздуха (водород легче воздуха) или воды (в воде водород как раз нерастворим)


Водород активно используется в химической промышленности. Он необходим для производства аммиака, хлороводорода, метанола. С помощью водорода можно получить некоторые металлы из их оксидов. Без водорода не обойтись и при производстве твердых жиров (маргарин) из жидких. А в смеси с кислородом водород возгорается, температуры такого пламени достаточно для сварки металлов.


Основные способы получения водорода в промышленности


Химические свойства водорода

1. Реакции с металлами (щелочными и щелочно-земельными). При нагревании.



2. Реакции с неметаллами (с образованием летучих водородных соединений).


На заметку: с фосфором и кремнием непосредственно водород не реагирует! Газы фосфин и силан образуются косвенным путем


3. Реакции с оксидами металлов. Водород – в роли восстановителя. Он «забирает» себе кислород у оксида (окисляется). Так получают в промышленности некоторые металлы (медь, железо, молибден, вольфрам, цирконий).



Такой способ получения металлов называют водородотермией


4. Реакция с угарным газом как промышленный способ получения метанола.



И напоследок…

1. «Чистый» водород без примеси воздуха не взрывается, а сгорает тихо, со свистом.

2. Водород благодаря малым размерам атома при определенном давлении способен растворяться в расплавах ряда металлов. Затем при охлаждении, когда металл затвердевает, часть водорода как бы «испаряется», так получают пористые металлические структуры.