7.Водень

7.1.Місце водню у Періодичній системі. Будова атома. Ізотопи водню. Атомарний та молекулярний водень, їх відносна активність у хімічних реакціях. Фізичні і хімічні властивості водню. Знаходження у природі. Способи добування. Застосування водню. Водень-універсальне екологічно чисте паливо майбутнього.

Во?день або гідроге?н (рос. водород, англ. hydrogen, нім. Wasserstoff) — хімічний елемент 1-ої групи періодичної системи елементів. Він має найпростішу будову атома: навколо ядра обертається один електрон. Символ — Н, атомний номер — 1, атомна маса — 1,0079. Ізотопи гідрогену мають власні назви: ?H — протій (Н), ?H — дейтерій (D) и ?H — тритій (T). В земній корі міститься біля 1 % за масою, або 17,25 атомних відсотки водню. Вільний водень міститься в горючих газах, що виділяються із землі. Він виникає при гнитті і бродінні органічних речовин і тому міститься в кишкових газах людини і тварин. Основна маса водню знаходиться в зв‘язаному стані у вигляді різноманітних сполук. Найбільш поширеними з них є вода, в склад якої входить 11,19 % водню. Відома велика кількість сполук водню з вуглецем (вуглеводні). Водень входить до складу нафти, кам‘яного вугілля, деяких мінералів. В лабораторіях водень отримують дією кислот на метали, наприклад сірчаної кислоти на цинк: H2SO4 + Zn = H2 + ZnSO4. В техніці водень отримують: з природного газу, що складається в основному з метану, який змішують з водяною парою і киснем і нагрівають до температури 800-900 °C в присутності каталізатора: 2СН4 + О2 + 2Н2О = 2СО2 + 6Н2; при електролізі розчинів хлориду натрію та хлориду калію як побічний продукт виробництва лугів, гіпохлоритів і хлоратів. Водень-газ без кольору, смаку, запаху, малорозчинний у воді. Це найлегший газ. Молекула водню складається із двох атомів. Хімічний звя'зок у молекулі водню — ковалентий неполярний, Загальна зв'язуюча електронна пара знаходиться посередені між ядрами взаємодіючих атомів. Через спільнення електронів молекула водню більш енергетично стійка, ніж окремі атоми водню. Для розриву потрібна активація молекули — збільшення температури, електрична іскра, світло. У сполуках водень завжди одновалентний. При високій температурі водень сполучається з лужними і лужноземельними металами, утворюючи білі кристалічні речовини-гідриди металів. Підвищену реакційну здатність має атомарний водень, який при кімнатній температурі відновлює оксиди металів, взаємодіє з киснем, сіркою та фосфором. Водень використовуюється при синтезі аміаку NH3, хлороводню HCl, метанолу СН3ОН, при гідрокрекінзі (крекінг у атмосфері водню) природних вуглеводнів, як відновлювач при отриманні деяких металів. Гідруванням природних рослинних олій отримують твердий жир — маргарин. Рідкий водень застосовується як ракетне паливо та як охолоджувач, оскільки має найвищу теплопровідність з усіх газів. Суміш кисню з воднем використовують при зварюванні. Дуже перспективним напрямком є використання водню як палива для двигунів нового типу, так званих паливних елементів. У США та в Європі вже існують водневі заправні станції, які забезпечують воднем автомобілі та автобуси, що на ньому працюють. Ця галузь називається воднева енергетика.