Дізнайтеся більше про водень

Водень є найлегшим хімічним елементом у Всесвіті і здатний зв’язуватися з іншими атомами водню, утворюючи газ, який має кілька застосувань

Зображення Флоренсії Віадани на Unsplash

Водень — це хімічний елемент з найменшою атомною масою (1 u) і найменшим атомним номером (Z=1) серед усіх відомих на сьогодні елементів. Незважаючи на те, що водень знаходиться в першому періоді сімейства ІА (лужні метали) Періодичної системи, водень не має фізико-хімічних характеристик, подібних до елементів цього сімейства, і, отже, не входить до нього. Загалом, водень є найпоширенішим елементом у всьому Всесвіті і четвертим за поширеністю елементом на планеті Земля.

Водень має унікальні характеристики, тобто він не нагадує жодного іншого хімічного елемента, відомого людям. Водень зазвичай бере участь у складі кількох типів органічних і неорганічних речовин, таких як метан і вода. Якщо він не входить до складу хімічних речовин, він знаходиться виключно в газоподібній формі, формула якої Н2.

У природному стані та за звичайних умов водень є безбарвним газом без запаху та смаку. Це молекула з великою здатністю накопичувати енергію, і тому її використання як поновлюваного джерела електричної та теплової енергії широко досліджується.

Відкриття водню

У середині 16 століття Паресельс вирішив прореагувати деякі метали з кислотами, і в підсумку отримав водень. Незважаючи на попередні випробування, Генрі Кавендіш зумів відокремити водень від горючих газів і вважав його хімічним елементом у 1766 році.

Не будучи металом, а тим більше неметалом складають свою особливість в періодичній системі. У 1773 році Антуан Лавуазьє дав хімічній речовині назву водень, що походить від грецького гідро і гени, і означає генератор води.

водень в природі

Водень входить до хімічного складу кількох органічних речовин (білків, вуглеводів, вітамінів і ліпідів) і неорганічних (кислот, основ, солей і гідридів);
В атмосферному повітрі він присутній у газоподібній формі, представленій молекулярною формою Н2, яка утворюється через ковалентний зв’язок між двома атомами водню;
Водень також складається з молекул води, важливого ресурсу для життя.

джерела водню

На Землі водень зустрічається не в чистому вигляді, а в комбінованому вигляді (вуглеводні та похідні). З цієї причини водень необхідно добувати з різних джерел. Основними джерелами водню є:

Природний газ;
етанол;
метанол;
Вода;
Біомаса;
метану;
Водорості та бактерії;
Бензин і дизель.

Характеристики атомарного водню

Він має три ізотопи (атоми з однаковим атомним номером і різними масовими числами), а саме протий (1H1), дейтерій (1H2) і тритій (1H3);
Має лише один електронний рівень;
У його ядрі є один протон;
Він має лише один електрон на електронному рівні;
Кількість нейтронів залежить від ізотопу — протий (0 нейтронів), дейтерій (1 нейтрон) і тритій (2 нейтрони);
Він має один з найменших атомних радіусів у періодичній системі;
Він має більшу електронегативність, ніж будь-який металевий елемент;
Він має більший потенціал іонізації, ніж будь-який металевий елемент;
Це атом, здатний перетворюватися на катіон (H+) або аніон (H-).

Стабільність атома водню досягається, коли він отримує електрон у валентній оболонці (найзовнішній оболонці атома). В іонних зв’язках водень взаємодіє виключно з металом, отримуючи від нього електрон. У ковалентних зв’язках водень ділиться своїм електроном з аметалом або з самим собою, утворюючи одинарні зв’язки.

Характеристики молекулярного водню (H2)

При кімнатній температурі він завжди знаходиться в газоподібному стані;
Це легкозаймистий газ;
Його температура плавлення -259,2°С;
Його температура кипіння -252,9°C;
Його молярна маса дорівнює 2 г/моль, будучи найлегшим газом;
Він має сигма-ковалентний зв'язок типу s-s між двома залученими атомами водню;
Між атомами є спільне використання двох електронів;
Має молекулярну геометрію лінійного типу;
Його молекули неполярні;
Його молекули взаємодіють за допомогою індукованих дипольних сил.

Молекулярний водень має велику хімічну спорідненість з кількома сполуками. Ця властивість стосується здатності речовини вступати в реакцію з іншою, оскільки навіть якщо дві або більше речовин привести в контакт, але між ними немає спорідненості, реакція не відбудеться. Таким чином, він бере участь у таких реакціях, як гідрування, горіння та простий обмін.

Способи отримання молекулярного водню (H2)

фізичний метод

Молекулярний водень можна отримати з атмосферного повітря, оскільки він є одним із газів, присутніх у цій суміші. Для цього необхідно подати атмосферне повітря на метод фракційного зрідження, а потім на фракційну перегонку.

хімічний метод

Молекулярний водень можна отримати за допомогою специфічних хімічних реакцій, таких як:

Простий обмін: реакція, в якій неблагородний метал (Me) витісняє водень, присутній в неорганічній кислоті (HX), утворюючи будь-яку сіль (MeX) і молекулярний водень (H2):

Me + HX → MeX + H2

Гідратація коксівного вугілля (побічний продукт вугілля): у цій реакції вуглець (C) вугілля взаємодіє з киснем у воді (H2O), утворюючи монооксид вуглецю та газоподібний водень:

C + H2O → CO + H2

Електроліз води: коли воду піддають процесу електролізу, відбувається утворення газів кисню та водню:

H2O(1) → H2(g) + O2(g)

Водневі комунальні послуги

Паливо для ракет або автомобілів;
Дугові спалахи (використовують електричну енергію) для різання металів;
Зварні шви;
Органічний синтез, точніше в реакціях гідрування вуглеводнів;
Органічні реакції, які перетворюють жири в рослинні олії;
Виробництво галогенідів водню або гідрогенізованих кислот;
Виробництво гідридів металів, таких як гідрид натрію (NaH).

Воднева бомба

Воднева бомба, водородна бомба або термоядерна бомба — це атомна бомба, яка має найбільший потенціал для руйнування. Його робота походить від процесу ядерного синтезу, тому його також можна назвати термоядерною бомбою.

Вибух водневої бомби є результатом процесу термоядерного синтезу, який відбувається при дуже високих температурах, приблизно 10 мільйонів градусів Цельсія. Процес виробництва цієї бомби починається з об'єднання ізотопів водню, званих протиєм, дейтерієм і тритієм. З’єднання ізотопів водню змушує ядро атома генерувати ще більше енергії, оскільки утворюються ядра гелію, атомна маса яких у 4 рази більша за атомну масу водню.

Таким чином, ядро, яке було легким, стає важким. Тому процес ядерного синтезу в тисячі разів інтенсивніший, ніж процес поділу. Потужність водневої бомби може досягати 10 мільйонів тонн динаміту, вивільняючи радіоактивний матеріал та електромагнітне випромінювання на рівні, що значно перевищує рівень атомних бомб.

Перше випробування водневої бомби в 1952 році вивільнило кількість енергії, еквівалентну приблизно 10 мільйонам тонн тротилу. Примітно, що цей тип реакції є джерелом енергії для зірок на кшталт Сонця, до складу якого входить 73% водню, 26% гелію та 1% інших елементів. Це пояснюється тим, що в його ядрі відбуваються реакції синтезу, в яких атоми водню зливаються, утворюючи атоми гелію.

Цікаві факти про Гідроген

Молекулярний водень легший за повітря і використовувався в жорстких дирижаблях німецьким графом Фердинандом фон Цеппеліном, звідси назва дирижаблів;
Молекулярний водень може бути синтезований деякими бактеріями та водоростями;
Водень можна використовувати у виробництві чистого енергетичного палива;
Метан (CH4) стає все більш важливим джерелом водню.

lovesouthernsocial.com