1.3. Нахождение в природе. Способы получения простых веществ

В природе, как правило, элементы образуют наиболее стабильные формы, т.е. находятся в устойчивых ст.ок. и соединены с теми элементами, которые обеспечивают данную устойчивость.

При этом вещества, имеющие достаточно ионные связи, чтобы являться растворимыми, накапливаются, в основном, в гидросфере (реки, моря, океаны и т.п.). Напротив, соединения с преимущественно ковалентной связью и прочной кристаллической решеткой составляют большую часть литосферы ¹ (земной коры), летучие же вещества присутствуют в атмосфере.

Если элемент образует стабильное простое соединение, то оно, как правило, встречается и в природе. В таком случае промышленные способы его получения – это очистка данного вещества от примесей или выделение его из смеси. Часто такие операции осуществляют с помощью физических методов. Например, при получении и применяют ректификацию воздуха.

Если же природное соединение целевого элемента – сложное соединение, то, в зависимости от знака ст.ок. элемента, его простое вещество получают или окислением (при отрицательной ст.ок. элемента) или восстановлением (если ст.ок. элемента положительна).

При этом в промышленности стараются использовать достаточно дешевые реагенты. Так, для восстановления металлов (например, железа) из оксидных руд () чаще берут уголь (кокс).

Не оксидные руды обычно предварительно переводят в оксиды. С этой целью карбонаты разлагают нагреванием, а сульфиды «обжигают», т.е. прокаливают в присутствии кислорода, обычно О₂ воздуха. (При этом, например, NiS переходит в NiO.)

Многие простые вещества получают электролизом раствора или расплава соответствующих сложных соединений. (При этом, напоминаем, катод является восстановителем, а анод – окислителем.) Например, электролизом расплава выделяют (на катоде) и (на аноде).

Глава 2.Водород

2.1. Распространенность водорода

Водород (Н) – первый элемент Периодической таблицы, т.е. электронная конфигурация Н – 1s¹, а его ядро – это лишь один протон. Вследствие своей простоты водород является самым распространенным элементом Космоса (составляет 90% вещества Вселенной). Это и звезды, и межзвездная среда, и газовые туманности. Большинство звезд начинает свой жизненный путь в виде газового водородного шара. Проходят миллионы лет, и Н внутри звезды «выгорает», переходя в другие более сложные элементы. За счет этого светит и Солнце, 70% массы которого составляет водород. (Солнцу светить, по расчетам ученых, еще 30 млрд. лет.)

На Земле водород по распространенности занимает четвертое место. Его кларк (т.е. молярная доля среди других элементов в природе) равен 3%. Причем формы нахождения Н на Земле – это, в основном, вода и органические соединения.

2.2. Сходство водорода с другими элементами

Вследствие того, что водород имеет один валентный электрон, его можно отнести к IА подгруппе Периодической таблицы, т.е. к щелочным металлам (ЩМ).

С другой стороны, поскольку на первом уровне атома может находиться два е, то частице Н до завершения уровня не хватает одного электрона, что делает водород похожим на галогены (Г), относящиеся к VIIА подгруппе.

Кроме того, Н обнаруживает сходство с углеродом (из IVА подгруппы), в частности, близки значения их электроотрицательностей: 2,1 у Н и 2,5 у C (по шкале Поллинга). Причем эти ЭО имеют среднюю величину. Как следствие, водород и углерод одинаково склонны к образованию ковалентных связей. (Именно поэтому они вместе дают многочисленные органические соединения.)

Таким образом, видимо, имеет смысл поместить Н в одну длинную клетку, расположенную над всеми подгруппами с IА по VIIА.

Рассмотрим подробнее, в чем проявляется сходство водорода с Г и ЩМ.