Хімія s-елементів. Водень

s-Елементами періодичної системи Д. І. Менделєєва називають елементи, в атомах яких валентними електронами є електрони S-підрівня зовнішнього рівня. До них належать елементи ІА і IIА груп та гелій.

Періодична система містить всього 14 S-елементів. S-Елементи виявляють лише позитивні ступені окиснення +1 для ІА групи і +2 для ІІА групи.

Водень

Водень — хімічний елемент І групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Електронна конфігурація атома водню в основному стані Is¹. У зв'язку з цим його формально відносять до S-елементів і він є аналогом лужних металів. Як і лужні метали, водень може віддавати один електрон, утворюючи позитивно за ряджений іон Н+:

Н - е = Н⁺.

У твердому стані при —259 °С проводить електричний струм, у розчинах утворює гідратований позитивний однозарядний іон Н₃О⁺

Виходячи з того, що для утворення стійкого двохелектронного стану атома водню не вистачає одного електрона, як і в атомах галогенів, водень необхідно віднести до VIІА групи. Дійсно, у гідридах лужних і лужноземельних металів водень, подібно до галогенів, виявляє ступінь окиснення —1. Водень схожий на галогени як за агрегатним станом, так і за складом молекули Е₂,.

У зв'язку з тим, що водень не має дійсних елементів-аналогів внаслідок особливості будови його атома, цей елемент вивчають окремо.

Поширення у природі

Водень. один з найпоширеніших елементів не тільки на нашій планеті, але і у Всесвіті. З кожних 100 атомів, які входять до складу земної кори, 17 є атомами водню. В атмосфері Сонця вміст водню складає 75—85%. У вільному стані на Землі він зустрічається досить рідко. В атмосферу водень потрапляє при розкладанні деяких органічних речовин мікроорганізмами. Основна маса водню в земній корі міститься у вигляді хімічних сполук — води, вуглеводнів нафти і горючих газів. Водень входить до складу речовин, з яких складаються рослинні та тваринні організми.

Ізотопи водню

Водень має три ізотопи, тобто існує три види атомів, які мають однаковий заряд ядра (+1) і різну масу. Легкий ізотоп водню Н — протій містить в ядрі протон. Назва «протій» походить від слова «протос» — первинний, оскільки це головний ізотоп водню. Його вміст у природі серед інших ізотопів складає 99,98 %.

Ізотоп D називають дейтерієм. До складу ядра важкого ізотопу дейтерію крім протону входить нейтрон. Частка дейтерію в природних ізотопах водню складає 0,02 %. Воду, у складі якої замість протію міститься дейтерій D₂O, називають важкою і використовують в ядерній енергетиці.

Ізотоп Т називають тритієм. Його масове число дорівнює 3,0170. До складу ядра тритію окрім протону входить два нейтрони. Він безперервно утворюється у верхніх шарах атмосфери при ядерних реакціях, під дією космічних променів. Радіоактивний ізотоп тритій має період напіврозкладу 12,4 року.

Тритій має важливе значення при здійсненні реакцій термоядерного синтезу. Його, зокрема, використовують у водневій бомбі. Реакція, яка перебігає при термоядерному вибухові, має вигляд:

D + Т= He + n

Ця реакція супроводжується виділенням надзвичайно великої кількості енергії.