Химический факультет

Лекция №1 Водород

План лекции

1. Положение водорода в периодической системе;

2. Изотопы водорода;

3. Нахождение в природе и методы получения;

4. Физические свойства;

5. Химические свойства;

6. Соединения водорода – гидриды;

7. Применение водорода.

Положение водорода в периодической системе

Водород занимает особое положение в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Водород проявляет сходство с щелочными металлами, поэтому его условно помещают в I группу главную подгруппу:

1. Щелочные металлы и водород имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня. Электронная конфигурация валентных электронов ns¹, валентный электрон находится на s-подуровне внешнего энергетического уровня;

2. Сходство атомных спектров щелочных металлов и водорода (спектры испускания и поглощения состоят из небольшого набора линий);

3. Водород является восстановителем, отдавая один электрон, проявляет степень окисления +1, характерную и для щелочных металлов.

Водород не помещают с полным правом в I группу главную подгруппу, потому что:

1. Водород может проявлять не только восстановительные свойства, но и окислительные свойства.

2. Щелочные металлы имеют металлические кристаллические решетки, а водород молекулярную кристаллическую решетку. Молекула водорода двухатомна.

3. Соединения водорода со степенью окисления +1 не имеют сходства с соединениями щелочных металлов со степенью окисления +1.

4. Ионы щелочных металлов существуют в расплавах и кристаллических решетках, а ион водорода не обнаружен.

5. Энергия ионизации атома водорода (1312 кДж/моль) больше энергии ионизации атомов щелочных металлов (для атома натрия 495,8 кДж/моль).

Водород проявляет сходство с галогенами, поэтому его условно помещают в VII группу главную подгруппу:

1. Водород является окислителем, отдавая один электрон, проявляет степень окисления – 1, характерную и для галогенов;

2. Соединения водорода со степенью окисления – 1 имеют сходства с соединениями щелочных металлов со степенью окисления –1. Например, NaH – твердое кристаллическое вещество, с кристаллической решеткой близкой к ионному типу; NaCl – твердое кристаллическое вещество с ионной кристаллической решеткой.

3. При обычных условиях водород и галогены существуют в газообразном состоянии, их молекулы двухатомны (Н₂, F₂, Cl₂, Br₂, J₂).

4. Близкие значения энергии ионизации атома водорода (1312 кДж/моль) и атомов галогенов (для атома хлора 1255 кДж/моль);

Водород не помещают с полным правом в VII группу главную подгруппу, потому что:

1. В VII группе главной подгруппе окислительные свойства уменьшаются, а восстановительные свойства увеличиваются:

	Н	F	Cl	Br
Eи, кДж/моль	1312	1682	1255	1143

У атома водорода значение энергии ионизации должно быть больше, чем у атома фтора.

2. Фтор – сильный окислитель, водород – преимущественно восстановитель, слабый окислитель.

Американский химик Томас Купер – сходство углеродом (аналог углерода), поэтому водород условно можно поместить в IV группу главную подгруппу:

1. Близкие значения энергии ионизации атома водорода (1312 кДж/моль) и атома углерода (для атома углерода 1086 кДж/моль);

2. Водород и углерод имеют сходство в строении внешнего энергетического уровня, а именно обладают наполовину заполненным внешним энергетическим уровнем.

3. Водород и углерод соединяются с большинством элементов периодической системы.

4. Водород и углерод образуют преимущественно ковалентные связи.

5. Соединения углерода и водорода наиболее распространены в природе.

Карапетьянц Михаил Христофорович – водород условно можно разместить над атомом бора в III группе главной подгруппе на основании того, что многие термодинамические свойства водорода и его соединений хорошо вписываются в III группу главную подгруппу (сходство между H₂O и В₂О₃).

Вывод: водород занимает место во всех группах – это уникальный элемент, который отражает свойства всех элементов. Недаром в первом варианте Периодической системы в 1869 году Д.И. Менделеев выделил водород в особую графу.

Прим. Несмотря на высокую распространенность, водород открыли только в первой половине XVI в. Роберт Бойль и его современники наблюдали выделение газа при взаимодействии некоторых металлов с кислотами. Столетия спустя Генри Кавендиш, который подробно изучил свойства «горючего воздуха», как тогда называли водород. Откуда же произошло название водород. Дал это название элементу Лавуазье, который занимался в 1779 г. исследованием состава воды путем ее синтеза и разложения. По предложению А. Лавуазье новый элемент был назван «водородом» (Hydrogenium) – «рождающий воду».