Водород | химичен елемент

Свойства

Водородът е класифициран като реактивен неметал, за разлика от другите елементи, които се намират в първата колона на периодичната таблица и са класифицирани като алкални метали. Очаква се обаче твърдата форма на водорода да се държи като метал.

Когато е самостоятелен, водородът обикновено се свързва със себе си, като образува диводород (H₂ ), който е много стабилен поради високата си енергия на дисоциация на връзката - 435,7 kJ/mol. При стандартна температура и налягане този водороден газ (H₂ ) няма цвят, мирис или вкус. Той не е токсичен. Той е неметал и гори много лесно.

Изгаряне

Молекулярният водород е запалим и реагира с кислорода:

2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

При температури над 500 градуса по Целзий водородът се запалва спонтанно във въздуха.

Съединения

Макар че в чист вид водородът не е реактивен, той образува съединения с много елементи, особено с халогени, които са много електроотрицателни. Водородът също така образува обширни масиви с въглеродни атоми, образувайки въглеводороди. Изследването на свойствата на въглеводородите е известно като органична химия.

Анионът H^- (отрицателно зареден атом) се нарича хидрид, въпреки че този термин не се използва широко. Пример за хидрид е литиевият хидрид (LiH), който се използва като "запалителна свещ" в ядрените оръжия.

Киселини

Киселините, разтворени във вода, обикновено съдържат голямо количество водородни йони, т.е. свободни протони. Нивото им обикновено се използва за определяне на нейното рН, което по същество означава съдържанието на водородни йони в определен обем. Например солната киселина, намираща се в стомаха на хората, може да се дисоциира на хлориден анион и свободен протон, а свойството на свободния протон е как тя може да смила храната, като я разяжда.

Макар и рядък на Земята, катионът H₃⁺ е един от най-разпространените йони във Вселената.

Изотопи

Основна статия: изотопи на водорода

Известни са 7 изотопа на водорода, два от които са стабилни (¹ H и² H), които обикновено се наричат протий и деутерий. Изотопът³ H е известен като тритий и има период на полуразпад от 12,33 години и се произвежда в малки количества от космическите лъчи. Останалите 4 изотопа имат период на полуразпад от порядъка на йоктосекунди.

Водородът в природата

В чистата си форма на Земята водородът обикновено е газ. Водородът е и една от съставните части на молекулата на водата. Водородът е важен, защото е горивото, което захранва Слънцето и други звезди. Водородът съставлява около 74 % от цялата Вселена. Символът на водорода в Периодичната таблица на елементите е H.

Чистият водород обикновено се състои от два свързани помежду си водородни атома. Учените ги наричат двуатомни молекули. При смесване на водорода с повечето други елементи протича химична реакция. Той няма цвят или мирис.

Чистият водород е много рядко срещан в земната атмосфера, тъй като почти целият първичен водород би избягал в космоса поради теглото си. В природата той обикновено се намира във водата. Водородът се съдържа и във всички живи същества, като част от органичните съединения, от които са изградени живите същества. Освен това водородните атоми могат да се комбинират с въглеродни атоми, за да образуват въглеводороди. Петролът и другите изкопаеми горива са съставени от тези въглеводороди и обикновено се използват за създаване на енергия за човешка употреба.

Някои други факти за водорода:

• Той е газ при стайна температура
• Когато е твърдо, то се държи като метал.
• Той е най-лекият елемент във Вселената.
• Той е най-разпространеният елемент във Вселената.
• Той гори или се взривява при температура над 1000°F / 528°C, например при пожар.
• свети в лилаво, когато е в плазмено състояние.

История на водорода

Водородът е отделен за първи път през 1671 г. от Робърт Бойл. През 1776 г. Хенри Кавендиш го определя като самостоятелен елемент и го нарича "възпламеним въздух". През 1781 г. той разбира, че при изгарянето му се получава вода.

Антоан Лавоазие дава името на водорода от гръцката дума за вода "υδορ" (произнася се /HEEW-dor/) и gennen, което означава "генерирам", тъй като той образува вода в химическа реакция с кислорода.

Използване на водорода

Основните приложения са в петролната промишленост и при производството на амоняк по метода на Хабер. Част от тях се използват и в други отрасли на химическата промишленост. Малка част от него се използва като гориво, например в ракети за космически кораби. По-голямата част от водорода, който се използва от хората, се получава от химическа реакция между природен газ и пара.

Ядрен синтез

Ядреният синтез е много мощен източник на енергия. Той се основава на свързването на атоми, за да се получи хелий и енергия, точно както се случва в звезда като Слънцето или във водородна бомба. За да започне, е необходимо голямо количество енергия и все още не е лесно да се направи. Голямо предимство пред ядреното делене, което се използва в днешните атомни електроцентрали, е, че при него се образуват по-малко ядрени отпадъци и не се използва токсично и рядко гориво като урана. Всяка секунда на Слънцето повече от 600 милиона тона водород се подлагат на термоядрен синтез.

Използване на водород

Водородът се използва най-вече в петролната промишленост за превръщане на тежките петролни фракции в по-леки и по-полезни. Той се използва и за производство на амоняк. По-малки количества се изгарят като гориво. По-голямата част от водорода се получава чрез реакция между природен газ и пара.

При електролизата на водата тя се разпада на водород и кислород с помощта на електричество. Горещият водород се съединява с молекулите на кислорода, за да се получи пара (чиста водна пара). Горивната клетка комбинира водород с молекула кислород, като освобождава електрон под формата на електричество. Поради тези причини много хора вярват, че водородната енергия в крайна сметка ще замени другите синтетични горива.

Водородът може да се изгаря и за получаване на топлина за парни турбини или двигатели с вътрешно горене. Подобно на другите синтетични горива, водородът може да се произвежда от природни горива, като въглища или природен газ, или от електроенергия, поради което представлява ценно допълнение към енергийната мрежа; в същата роля като природния газ. Такава мрежа и инфраструктура с превозни средства с горивни клетки вече се планира от редица страни, включително Япония, Корея и много европейски държави. Това позволява на тези страни да купуват по-малко петрол, което е икономическо предимство. Другото предимство е, че използван в горивна клетка или изгарян в двигател с вътрешно горене, както при водородния автомобил, двигателят не замърсява околната среда. Образува се само вода и малко количество азотни оксиди.