1.Водород, изотопы водорода. Вода, свойства воды, тяжелая вода.

Водород. Атом водорода *Н состоит из одного протона и одного электрона. Электронная конфигурация водорода 1s подобна конфигурации валентных электронов атомов щелочных металлов. Однако водород нельзя считать электронным аналогом щелочных металлов из-за отсутствия у него внутренней электронной подкладки. Как и щелочные металлы, водород является восстановителем, проявляет степень окисления +1, его спектры испускания и поглощения состоят из небольшого набора линий. Подобно галогенам атому водорода для завершения внешнего слоя не достает одного электрона. Этим и обусловлено существование гидрид-иона Н^-.Водород при обычных условиях — бесцветный газ без вкуса и запаха, малорастворимый в воде и других растворителях. Молекулы водорода настолько малы, что способны медленно диффундировать через многие материалы, что используется при очистке водорода от других газов. В промышленности для этой цели служат металлические мембраны, например из палладия. Водород — неметалл, что указывает на его сходство с галогенами. Подобно галогенам водород — молекулярное вещество. А может ли водород быть металлом, подобно элементам первой группы?.Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Он входит в состав звезд и межгалактического газа. Водород — самый легкий из элементов, поэтому его атомы легче других преодолевают гравитационное поле и покидают атмосферу Земли. Именно этим объясняется тот факт, что по числу атомов в земной коре водород занимает третье место, уступая более тяжелым элементам — кислороду и кремнию. На долю водорода приходится примерно 0,15 % массы всей земной коры. На Солнце и других звездах водород находится в атомарном состоянии, в межзвездной среде — в виде частично ионизованных двухатомных молекул. В следовых количествах водород в виде простого вещества содержится в верхних слоях атмосферы Земли. Однако большая часть находящегося на Земле водорода связана в воду — главное соединение этого элемента. Водород является составной частью подавляющего большинства органических соединений, он входит в состав природного газа, нефти, белков, жиров и углеводов.

Изотопы водорода. Водород образует несколько изотопов. В природе преобладает самый легкий из них Н, иногда называемый протием. Подобно протию дейтерий не является радиоактивным. Масса дейтерия вдвое больше массы протия, поэтому свойства образуемых ими соединений (НС1 и DC1, Н20 и D20) различны. Так,

температуры кипения простых веществ монотонно возрастают при переходе от протия к дейтерию и тритию.

В природе в следовых количествах встречается также изотоп водорода с массовым числом 3 — тритий Т. Лишь каждый из 1017 атомов водорода — это атом Т, поэтому неудивительно, что его сначала получили искусственно, бомбардируя дейтронами (ядрами дейтерия) тяжелую ортофосфорную кислоту D3P04:

а лишь затем обнаружили в природе. Столь низкое содержание трития в земной коре объясняется его радиоактивностью с периодом полураспада 12,35 года. Тяжелая вода Т20 на основе трития обладает

такой сильной радиоактивностью, что мгновенно распадается из-за сильного радиолиза. Поэтому обычно пользуются разбавленными растворами, содержащими 1 % Т20. Тритий является чистым р-излучателем без примеси у-компоненты, поэтому он относительно безопасен, так как р-частицы обладают настолько низкой проникающей способностью, что задерживаются листом бумаги или слоем воздуха в 3 мм. В настоящее время тритий получают в ядерных реакторах при облучении лития нейтронами: 3Li + ^l₀n = 2Не + ³₁Т. Тритий имеет

важное значение в реакциях термоядерного синтеза: протекающих при взрыве водородной бомбы.

Вода. Вода — главное соединение водорода, обладающее уникальными свойствами и имеющее жизненно важное значение. Чистая вода — прозрачная подвижная жидкость с несколько неприятным вкусом. В тонком

слое она кажется бесцветной, хотя в толстом слое имеет голубую окраску, так как поглощает волны в красном диапазоне видимого света при. Это собственная окраска воды, а не отражение в ней неба, как иногда считают.

Молекула воды имеет угловую форму с утлом НОН 104,5°, близким к тетраэдрическому. Поэтому согласно методу валентных связей атом кислорода обычно рассматривают как находящийся в состоянии sр³-гибриди-

зации. Две из четырех гибридных орбиталей участвуют в образовании двух связей О—Н. Такой примитивный подход, однако, не в состоянии объяснить, почему одна из неподеленных пар гораздо более активна при межмомолекулекулярном взаимодействии, чем другая. Плотность воды при 4 "С достигает максимума. Дальнейшее нагревание приводит к полному разрушению каркаса на более мелкие ассоциаты, например

гексамер (Н20)6, существующий подобно циклогексану в виде двух конформаций: кресла и ванны. Объемная

система водородных связей сохраняется в жидкой воде вплоть до температуры кипения. Пар, напротив, в основном состоит из неассоциированных молекул Н20 лишь с небольшим содержанием димеров (Н20)2.