Научете повече за водорода

Водородът е най-лекият химичен елемент във Вселената и е в състояние да се свърже с други водородни атоми, образувайки газ, който има няколко приложения

Изображение на Florencia Viadana в Unsplash

Водородът е химичният елемент с най-ниска атомна маса (1 u) и най-нисък атомен номер (Z = 1) сред всички познати до момента елементи. Въпреки че е позициониран в първия период от фамилията IA (алкални метали) от Периодичната система, водородът не притежава физически и химични характеристики, подобни на елементите от това семейство и следователно не е част от него. Най-общо казано, водородът е най-разпространеният елемент в цялата Вселена и четвъртият най-разпространен елемент на планетата Земя.

Водородът има уникални характеристики, тоест не прилича на никой друг химичен елемент, познат на хората. Водородът обикновено участва в състава на няколко вида органични и неорганични вещества, като метан и вода. Когато не е част от химични вещества, той се намира изключително в газообразна форма, чиято формула е Н2.

В естественото си състояние и при нормални условия водородът е газ без цвят, мирис и вкус. Това е молекула с голям капацитет да съхранява енергия и поради тази причина използването й като възобновяем източник на електрическа и топлинна енергия е широко изследвано.

Откриване на водород

В средата на 16 век Pareselsvs решава да постави някои метали в реакция с киселини и в крайна сметка получава водород. Макар и по-рано тестван, Хенри Кавендиш успява да отдели водорода от запалимите газове и го счита за химичен елемент през 1766 година.

Това, че не е метал, а още по-малко аметал, съставлява неговата особеност в Периодичната таблица. През 1773 г. Антоан Лавоазие дава на химичния компонент името водород, което произлиза от гръцките хидро и гени и означава воден генератор.

Водородът в природата

Водородът е част от химичния състав на няколко органични вещества (протеини, въглехидрати, витамини и липиди) и неорганични вещества (киселини, основи, соли и хидриди);
В атмосферния въздух той присъства в газообразен формат, представен от молекулната форма H2, която се образува чрез ковалентната връзка между два водородни атома;
Водородът също така образува водни молекули, важен ресурс за живота.

Източници на водород

На Земята водородът не се намира в най-чистата му форма, а в комбинирана форма (въглеводороди и производни). Поради тази причина водородът трябва да се извлича от няколко източника. Основните източници на водород са:

Природен газ;
Етанол;
Метанол;
Вода;
Биомаса;
Метан;
Водорасли и бактерии;
Бензин и дизел.

Характеристики на атомния водород

Той има три изотопа (атоми с един и същ атомен номер и различни масови числа), които са протиум (1Н1), деутерий (1Н2) и тритий (1Н3);
Представя само електронно ниво;
В ядрото си има един протон;
Той има само един електрон в електронното си ниво;
Броят на неутроните зависи от изотопа - пропий (0 неутрона), деутерий (1 неутрон) и тритий (2 неутрона);
Той има един от най-малките атомни лъчи в Периодичната система;
Той има по-голяма електроотрицателност от всеки метален елемент;
Той има по-голям йонизационен потенциал от всеки метален елемент;
Това е атом, способен да се трансформира в катион (H +) или анион (H-).

Стабилността на водородния атом се постига, когато той получи електрон във валентната обвивка (най-външната обвивка на атом). В йонните връзки водородът взаимодейства изключително с метал, като получава електрон от него. В ковалентните връзки водородът споделя електрона си с аметал или със себе си, образувайки прости връзки.

Характеристики на молекулярния водород (H2)

При стайна температура той винаги се намира в газообразно състояние;
Това е запалим газ;
Точката му на топене е -259,2 ° C;
Точката му на кипене е -252,9 ° C;
Той има моларна маса, равна на 2 g / mol, като е най-лекият газ;
Той има сигма ковалентна връзка, тип ss, между двата участващи водородни атома;
Между атомите се споделят два електрона;
Има линейна геометрия;
Неговите молекули са неполярни;
Неговите молекули си взаимодействат посредством индуцирани диполни сили.

Молекулярният водород има голям химичен афинитет с няколко съединения. Това свойство се отнася до способността на едно вещество да реагира с другото, защото дори ако две или повече вещества са в контакт, но между тях няма афинитет, реакцията няма да настъпи. По този начин той участва в реакции като хидрогениране, горене и прост обмен.

Начини за получаване на молекулярен водород (H2)

Физически метод

Молекулярният водород може да се получи от атмосферния въздух, тъй като той е един от газовете, присъстващи в тази смес. За това е необходимо атмосферният въздух да се подложи на метод на фракционно втечняване и след това на фракционна дестилация.

Химичен метод

Молекулярният водород може да бъде получен чрез специфични химични реакции, като например:

Лесен обмен: реакция, при която неблагороден метал (Me) измества водорода, присъстващ в неорганична киселина (HX), образувайки всякаква сол (MeX) и молекулярния водород (H2):

Me + HX → MeX + H2

Хидратация на коксуващи се въглища (страничен продукт от минерални въглища): при тази реакция въглеродът (С) на въглищата взаимодейства с кислорода във водата (H2O), образувайки въглероден окис и водороден газ:

C + H2O → CO + H2

Водна електролиза: когато водата се подложи на процеса на електролиза, се образуват кислород и водородни газове:

H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Водородни комунални услуги

Гориво за ракети или автомобили;
Дъгови горелки (използват електрическа енергия) за рязане на метали;
Заварки;
Органични синтези, по-точно при реакции на хидрогениране на въглеводороди;
Органични реакции, които трансформират мазнините в растителни масла;
Производство на водородни халогениди или хидрогенирани киселини;
Производство на метални хидриди, като натриев хидрид (NaH).

Водородна бомба

Водородната бомба, Н бомбата или термоядрената бомба е атомната бомба, която има най-голям потенциал за унищожаване. Действието му е резултат от процес на ядрен синтез, поради което може да се нарече и термоядрена бомба.

Експлозията на водородна бомба е резултат от процеса на синтез, който се извършва при много високи температури, приблизително 10 милиона градуса по Целзий. Производственият процес на тази помпа започва с обединението на водородни изотопи, наречени противо, деутерий и тритий. Свързването на водородни изотопи кара ядрото на атома да генерира още повече енергия, това е така, защото се образуват хелиеви ядра, чиято атомна маса е 4 пъти по-голяма от тази на водорода.

По този начин ядрото, което е било леко, става тежко. Следователно процесът на ядрен синтез е хиляди пъти по-бурен от този на деленето. Силата на водородната бомба може да достигне 10 милиона тона динамит, освобождавайки радиоактивен материал и електромагнитно излъчване на ниво далеч по-високо от това на атомните бомби.

Първият тест на водородна бомба през 1952 г. освобождава количество енергия, еквивалентно на около 10 милиона тона TNT. Струва си да се спомене, че този тип реакция е енергийният източник на звезди като Слънцето. Състои се от 73% водород, 26% хелий и 1% други елементи. Това се обяснява с факта, че в сърцевината му има реакции на синтез, при които водородните атоми се сливат, образувайки атоми на хелий.

Факти за водорода

Молекулярният водород е по-лек от въздуха и е използван в твърди дирижабли от германския граф Фердинанд фон Цепелин, откъдето идва и името на дирижаблите;
Молекулярният водород може да бъде синтезиран от някои бактерии и водорасли;
Водородът може да се използва за производство на гориво с чиста енергия;
Газът метан (СН4) е все по-важен източник на водород.