Конспект урока: Оксиды. Водород

Водород как химический элемент

Символ — H. Положение в ПСХЭ — I группа (А), I период. Порядковый номер — 1. Химическая природа — неметалл. Относительная атомная масса — Ar (O) = 1. Валентность — I.

Характеризуя водород по положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, необходимо обратить внимание на особенности строения атома водорода. Именно оно обусловливает разнообразие свойств водорода, его двойственное положение в системе Д. И. Менделеева — в I и VII группах.

Рис. 1. Расположение водорода в ПС

Причины двойственного положения водорода в ПСХЭ заключаются в том, что водород, как и щелочные металлы, на внешнем энергетическом уровне имеет один электрон, но ему, также как и галогенам, до завершения внешнего энергетического уровня не хватает одного электрона.

Водород является самым распространённым элементом в космосе. Основная масса звёзд состоит из водорода: Юпитер, Сатурн — 92 % Н, 8 % Не, 0,1 % все остальные химические элементы; водород преимущественно составляет межзвёздное вещество. 

 

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это девятый по распространённости элемент. 

Рис. 2. Распространение водорода: а — в земной коре (массовая доля); 
б — во Вселенной (% от числа атомов)

В отличие от кислорода, существующего на Земле как в связанном, так и в свободном состоянии, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества имеется в атмосфере (0,00005 % по объёму).

Водород — самый распространённый элемент Вселенной, входит в состав небесных тел, а также всего живого на Земле.

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.

Водород входит в состав основного вещества на Земле — воды. Множество органических веществ представляют собой соединения водорода с углеродом: нефть, природный газ метан СН_4, углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины и другие органические вещества. В теле человека около 10 % водорода.

История открытия и изучения водорода

В 1766 г. известный английский учёный Генри Кавендиш получил «искусственный воздух» действием кислот на металлы. «Воздух» Кавендиша оказался не видоизменением атмосферного воздуха, а совершенно самостоятельным новым веществом. Он хорошо горел, поэтому его назвали «горючим воздухом». При горении «горючего воздуха» на стенках пробирки оставались крохотные капельки росы. Кавендиш собрал капельки и провёл исследования полученной жидкости. Результат поразил его — это была вода.

Рис. 3. Прибор Г. Кавендиша для получения и собирания водорода

Ломоносов в своей диссертации «О металлическом блеске» писал: «При растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой флогистон».

Рис. 4. Опыты А. Лавуазье

 

В 1783–1784 гг. А. Лавуазье совместно с Ж. Менье осуществили термическое разложение воды и установили, что она состоит из кислорода и водорода. Данные Лавуазье:  85 частей кислорода и 15 частей водорода. Современные данные: 88,9 % кислорода и 11,2 % водорода.

Современное название водороду дал французский физик и химик А. Гитон де Морво в 1787 году. Он предложил латинское название гидрогениум, которое переводится как «рождающий воду». Русское название (по смыслу такое же): вода род.

В середине XIX века в России утвердилось произношение символа элемента по-французски («аш»).

Водород — простое вещество. Физические свойства водорода

• Водород — газ, не имеет ни цвета, ни запаха.
   
• Водород плохо растворим в воде (в 100 V Н₂О 2V H₂) и ещё хуже в органических растворителях, а в некоторых металлах водород растворяется очень хорошо. Так, в 1 объёме палладия растворяется 850 объёмов водорода.  
   
• Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Если шар объёмом 22,4 м³ наполнить водородом, то  в воздухе он может поднять груз массой 29 – 2 = 27 кг. В первой половине XX в. началось строительство летательных аппаратов большой грузоподъёмности — дирижаблей, которые наполняли водородом.
   
• Водород — взрывоопасный газ, и в 1930-е гг. с дирижаблями произошло несколько крупных аварий. После этого строительство дирижаблей с водородом во всём мире на многие годы прекратилось.

Способы получения