ными. Они направлены, насыщаемы и значительно прочнее, чем межмолекулярные связи;

б) являясь «голым» протоном, катион водорода имеет повышенную электрофильность (т.е. любовь к е). Поэтому в соединениях, в

частности, в кислородосодержащих кислотах, H в значительной степени перетягивает электроны на себя (что на рис. 1 отражено стрелками). Это, во-первых, ослабляет связи в анионе, а во-вторых, делает его несимметричным, а потому менее устойчивым. Такое явление называют поляризующим действием катиона на анион или поляри-

зацией.

Рис. 1. Поляризующее действие протонов (стрелками показано смещение электронов, а пунктиром обозначена линия разрыва связей)

В частности, из-за сильного поляризующего действия Н+ на кар- бонат-анион угольная кислота настолько нестабильна, что существует только в разбавленных растворах, а при попытке выделить ее в свободном состоянии полностью распадается на оксиды. Механизм распада показан на рис. 1, а в краткой форме этот распад отражается уравнением:

H2CO3 H2O CO2 .

В то же время карбонат натрия ( Na2CO3 ) даже плавится (при 858 оС)

без разложения, ибо Na очень слабо поляризует анион из-за низкой ЭО натрия (0,9), гораздо меньшей, чем ЭО водорода (2,1). Другие металлы тоже имеют ЭО ниже, чем Н, и это одна из причин, по которой

кислоты менее устойчивы, чем их соли.

2.4. Получение водорода. Водородная энергетика

Основные природные запасы водорода на Земле – это вода и вся органическая материя. В частности, живущие растения и они

15

же уже умершие (древесина, торф, уголь), а также нефть, природный газ и т.п.

Во всех этих веществах водород имеет наиболее устойчивую для него степень окисления +1. Поэтому получают H2 восстановле-

нием, и чаще из воды.

В лаборатории можно вытеснить водород из Н2О, например, с помощью ЩМ. Но обычно используют более безопасный (хотя тоже дорогой способ) – взаимодействие цинка с разбавленными растворами кислот:

Zn HCl ZnCl2 H2 .

При этом H2 образуется на поверхности цинка в виде пузырьков, ко-

торые отрываются и всплывают, создавая видимость кипения. Накапливающуюся в растворе соль, содержащую ионы цинка, можно обнаружить, выпарив каплю этого раствора и рассмотрев образовавшиеся кристаллы под микроскопом.

В промышленности используют более дешевые методы получения H2 , в частности, электролиз воды (для хорошей проводимости к

ней добавляют, например, серную кислоту.); дорогой способ – вос-

становление раскаленным углем:

H2O C H2 CO .

Однако ученые ищут и разрабатывают еще более дешевые методы синтеза H2 . Например, такие как фотолиз (разложение воды в

присутствии катализатора под действием солнечных лучей). Кроме того, пытаются генетически изменять растения, в частности, водоросли, чтобы усилить выделение ими H2 при дыхании.

Эти задачи являются злободневными, т.к. водород не только незаменимый реагент во многих технологиях, но и из всех энергоносителей максимально отвечает требованиям, предъявляемым к совре-

менному топливу.

Рассмотрим эти требования, а также то, насколько водород им отвечает.

1)Большие запасы. Запасы водорода на Земле в виде воды практически неисчерпаемы, т.к. при сжигании H2 они возобновляются.

2)Высокая энергоемкость. При сгорании H2 выделяется 242 кДж/моль. А моль H2 – это всего 2 г топлива. Поэтому в расчете

на 1 г получается в четыре раза больше энергии, чем при сжигании каменного угля.

16