Водород и элементы VII A группы
Водород, его физические и химические свойства
Строение водорода
Водород — химический элемент с порядковым номером1 . Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Такое строение обусловливает уникальные свойства водорода. В периодической системе водород занимает особое место: подобно щелочным металлам водород обладает способностью отдавать один электрон, поэтому он может быть помещен в главную подгруппу VII группы; однако, как и галогены, водород способен присоединять один электрон, поэтому его можно поместить в главную подгруппу группы. В соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерны две степени окисления: -1и +1 .
Существуют три изотопа водорода: протий H11, дейтерий H21 (D) и тритий H31 (T). В природном водороде содержится 99.985% протия и 0.015% дейтерия. Тритий — неустойчивый радиоактивный изотоп, в природе содержится лишь в следовых количествах. Химические свойства изотопов водорода практически одинаковы, а физические свойства различны.
Водород является самым распространенным элементов во Вселенной. Он составляет около 90 % массы Солнца и многих звезд и межгалактического газа. В отличие от кислорода, водорода в земной коре немного — 1 % по массе, что объясняется лёгкостью его атомов. На Земле водород присутствует только в виде соединений — как неорганических (вода), так и органических (углеводороды нефти, глюкоза, сахароза, белки). В виде простого вещества водород практически не встречается. В небольших количествах водород может входить в состав вулканических газов.
Простое вещество водород представляет собой двухатомную молекулу H2 , в которой атомы связаны между собой ковалентной неполярной связью.
Физические свойства водорода
При обычных условиях водород — бесцветный, не имеющий запаха газ, почти не растворяется ни в каких растворителях. При сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при -253 C , твердый водород образуется при охлаждении до -259 C . Газообразный водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, такие как платина, палладий, никель способны растворять водород. Это позволило создать высокоэффективные никель-металл-гидридные аккумуляторы, которые используются в телефонах, компьютерах, плеерах.
Водород — самый лёгкий газ, легче воздуха в 14,5 раз. Лёгкость водорода позволила использовать его для наполнения дирижаблей и аэростатов, однако из-за взрывоопасных свойств применение водорода для этих целей прекратилось.
Химические свойства водорода
1. Взаимодействие с галогенами
При обычных условиях водород из-за большой прочности молекулы малоактивен. При обычной температуре водород реагирует лишь со фтором с образованием фтороводорода HF :
H2+F2 = 2HF
С хлором водород реагирует только на свету, реакция протекает со взрывом. С бромом реакция протекает менее энергично, с иодом реакция обратима и не идёт до конца даже при высоких температурах:
2. Взаимодействие с кислородом
Чистый водород сгорает в кислороде с характерным тихим звуком «па», напоминающим лёгкий хлопок. Загрязнённый воздухом водород взрывается с характерным «лающим» звуком. Водород, смешанный с воздухом, ни в коем случае нельзя поджигать, т. к. это обязательно приведет к взрыву. Смесь водорода с кислородом в объемном соотношении 2:1 называют «гремучим газом», при её поджигании происходит сильный взрыв. Перед проведением экспериментов с водородом его обязательно следует проверять на чистоту во избежание взрыва.
Пламя водорода практически бесцветно. При сгорании водорода образуется вода:
2H2+O2=2H2O
Водород горит в кислороде с выделением большого количества тепла, температура водородно-кислородного пламени достигает .