ВОДОРОД

ВОДОРОД (Hydrogenium, H)— химический элемент VII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; ат. номер — 1, ат. вес (масса) 1,00797. Валентность В. в соединениях с неметаллами равна +1, с металлами —1. Известны три изотопа В. (табл.).

В. применяется в больших количествах для синтеза аммиака, для получения маргарина из растительных масел, жидкого топлива из каменного угля; для наполнения воздушных аппаратов (аэростаты, радиозонды и т. д.), для автогенной сварки и получения очень низких температур. Тяжелые изотопы В. используются при изучении механизма хим., биохим, и физиол, процессов, а также в атомной энергетике.

Чистый В.— бесцветный, не имеющий запаха и вкуса газ, состоящий из двухатомных молекул — H2. Это самый легкий из всех известных газов. Масса 1 л В. при t° 0° и давлении 760 мм равна 0,089870 г; плотность по воздуху — 0,06952; мольный объем при t° 0° и давлении 760 мм равен 22,428 л; критическая температура —239,9°; t°_КИП при 1 атм —252,6°; t°_пл—259,1°; плотность жидкого В. — 0,0708 (при t°—252,8°); плотность твердого В. 0,0807 (при t°—260°). В 1 мл воды при t° 0° и 18° растворяется соответственно 0,0215 мл и 0,0185 мл водорода. В. хорошо поглощается нек-рыми металлами, особенно палладием; один объем последнего при t° 0° и давлении 760 мм поглощает ок. 850 объемов В., к-рый полностью выделяется при нагревании.

В земной коре содержится ок. 1% по весу, или 17,25 атомных процента В. Относительное содержание В. в атмосфере возрастает с высотой: на уровне моря оно составляет ок. 0,00005% по объему, верхние же слои (выше 100 км) состоят гл. обр. из В. Свободный В. содержится в горючих газах, выделяющихся из земли. Он образуется при гниении и брожении органических веществ и поэтому содержится в кишечных газах человека и животных. Основная масса В. находится в связанном состоянии в виде различных соединений. Наиболее распространенным из них является вода, в состав к-рой входит 11,19%

В. Известно большое количество соединений В. с углеродом — углеводороды (см.). В. входит в состав нефти, каменного угля, нек-рых минералов; является составной частью кислот, оснований, кислых и основных солей и т. д. В организме человека содержится ок. 10% В.

В лабораториях В. получают действием кислот на металлы, напр, действием серной к-ты на цинк: H₂SO₄ + Zn = H₂ + ZnSO₄.

В технике В. получают: 1) из природного газа, состоящего в основном из метана, к-рый смешивают с водяным паром и кислородом и нагревают до t° 800—900° в присутствии катализатора:

2CH₄ + O₂ + 2H₂O = 2CO₂ + 6H₂; полученную смесь газов разделяют (обычно при глубоком охлаждении);

2) при электролизе растворов NaCl или KCl как побочный продукт в производстве щелочей, гипохлоритов и хлоратов.

При соответствующих условиях В. соединяется с большинством элементов главных подгрупп периодической системы элементов. С кислородом образует воду (H₂O) и перекись водорода (H₂O₂). При сгорании В. на воздухе или в кислороде образуется вода и выделяется тепло:

2H₂ + O₂ = 2H₂O + 115,74 ккал.

Воспламенение В. происходит при t° ок. 580°. Смесь В. и кислорода в объемном соотношении 2 : 1 (гремучий газ) взрывоопасна. В. непосредственно соединяется с галогенами, азотом, серой, углеродом.

При нагревании щелочных и щелочноземельных металлов (натрий, калий, кальций и др.) в струе В. получаются твердые кристаллические вещества, называемые гидридами, в состав к-рых входит отрицательно заряженный В.:

2Na + H₂ = 2Na⁺H^-.

В. обладает сильными восстановительными свойствами и способен соединяться с кислородом, даже входящим в состав других соединений, напр, окислов тяжелых металлов, или присоединяться ко многим органическим соединениям (см. окислительно-восстановительные реакции (см.).

По сравнению с атомами всех других элементов атомы В. имеют наиболее простое строение. Атом легкого изотопа ¹H состоит из одного протона (ядро атома) и одного вращающегося вокруг него электрона. Энергия ионизации атома В., т. е. энергия, необходимая для отрыва электрона с ближайшей к ядру орбиты, составляет 312 ккал/г-атом. Ядра атомов тяжелых изотопов имеют более сложное строение: ядро дейтерия (²H) состоит из одного протона и одного нейтрона, ядро трития (³H) — из одного протона и двух нейтронов.

Обнаружение и количественное определение газообразного В. в смеси с другими газами производится охлаждением газовой смеси жидким воздухом; при этом все другие газы, кроме гелия и неона, полностью конденсируются. Определение химически связанного В. производится путем окисления его в воду.

Библиогр.: Реми Г. Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Melior J. W. Comprehensive treatise on inorganic and theoretical chemistry, v. 1, L., 1946.

В. П. Мишин.