Водород

H · Z = 1

3D-ампула со свечением водорода

Учебная модель: цвет газоразрядного свечения водорода в герметичной стеклянной ампуле.

Ампула вращается сама; мышью можно наклонить и приблизить.

Интересный факт

Самый лёгкий элемент; звёзды в основном из него.

Нерадиоактивный

У элемента есть стабильные изотопы или он считается стабильным в школьной таблице.

Происхождение

Встречается в природе

Элемент встречается в природе — в минералах, рудах, воде или атмосфере, в заметных количествах или как стабильный изотоп.

Встречается в природе в заметных количествах или как стабильный изотоп.

Биография элемента

Водорода

Водород – самый первый химический элемент, расположенный в первой группе первого периода таблицы Менделеева, обозначается буквой H. Название произошло от латинского слова « hydrogenium» – водород (hydrogène — «рождающий воду»). Является самым легким химическим элементом, имеет атомный номер 1. Благодаря своей одноатомности, водород стал самым признанным элементом периодической системы, а данное вещество настолько распространилось во Вселенной, что составило почти 75% от массы барионной материи мироздания.

Изотопы

Широко известны три изотопа водорода, среди них: протий 1 H, дейтерий 2 Н и тритий 3 Н.

Состав атомного ядра изотопов:

Протий (H) – протон.

Дейтерий (D) – один протон и один нейтрон.

Тритий (T) – один протон и два нейтрона.

Среди данных изотопов протию и дейтерию присуща стабильность. Так как тритий претерпевает бета-распад, он называется нестабильным. Помимо этого, искусственным путем получены еще несколько изотопов водорода. Они радиоактивны и обладают массовым числом от 4 до 7.

Физические свойства

Физические свойства водорода (газообразного):

Легчайший газ.

Обладает высокой теплопроводностью.

Без цвета, запаха и вкуса.

Температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9⋅10 6 Дж/кг.

Мало растворим в воде.

Существует также жидкий водород (бесцветен, легок и текуч) и твердый (снегоподобная масса).

Химические свойства

Так как молекулы данного элемента невероятно прочные, им необходимо большое количество энергии, чтобы вступить в реакцию. При стандартных температурах водород реагирует только с самыми активными металлами, такими как кальций, к примеру, и в данном случае образовывается гидрид кальция. Также существует реакция водорода с единственным неметаллом – фтором, в результате нее получается фтороводород. Если водород нагреть или использовать еще один катализатор – свет, то будет возможность протекания еще нескольких реакций. Водород вступает в ОВР (окислительно-восстановительные реакции), приходясь при этом восстановителем, а при взаимодействии с галогенами образует галогеноводороды. Также, данный элемент характерен своим незаменимым участием в процессах по восстановлению органических соединений, то есть в реакциях гидрирования.

Геохимия водорода

Точное содержание данного газа в сфере Земли до сего момента неизвестно, однако доказано, что по сравнению с другими космическими объектами, такими как Солнце и прочими планетами-гигантами, содержание на нашей планете в разы меньше. В свободном виде достаточно сложно встретить данный элемент, однако, в составе воды он более известен и незаменим в геохимических процессах. Зато, велико содержание водорода в месторождениях угля, в составе вулканических газов и в рифтах.

Также, водород является компонентом некоторых минералов, существуя в них в виде ионов гидроксила, аммония и воды. В нашей атмосфере молекулярный водород безостановочно формируется в результате разложения формальдегида.

Благодаря своей небольшой массе, молекулы водорода достигают огромной тепловой скоростью, по размерам стремящейся ко второй космической. Попадая в заключающий слой атмосферы, они навсегда могут покинуть его и улететь в открытый космос.

Из-за своих химических и физических свойств, водород является пожароопасным. В сочетании с воздухом он образует так называемый гремучий газ, известный своей взрывоопасностью. Жидкий же водород может вызвать сильнейшее обморожение, попав на кожу.

Применение

Применение водорода сейчас велико и служит важнейшим компонентом для развития многих областей:

Химическая промышленность.

Нефтеперерабатывающая промышленность.

Авиация.

Топливная промышленность.

Транспорт.

Электроэнергетика.

Метеорология.

Пищевая и космическая промышленности.

Лаборатории.

Водород распространен не только во Вселенной, но и в структуре земной коры и в клетках живых организмов. Поразмыслив самостоятельно, можно прийти к выводу о том, как бы была сложна наша жизнь без данного химического элемента.

Свойства элемента

Атомная масса: 1,0080 u
Категория: Диатомный неметалл
Период / группа: 1 / 1
Фаза (н. у.): Газ
Плотность: 0,08988 г/см³
Электронная конфигурация: 1s1

1 группа

Щелочные металлы вместе с водородом вверху столбца. Металлы этой группы очень активны, легко отдают один электрон и образуют соединения со степенью окисления +1.

Водород

Литий

Натрий

Калий

Рубидий

Цезий

Франций

Уннунений

1 период

Первый период содержит только водород и гелий: заполняется первая электронная оболочка.

Водород

Гелий

Соединения с водородом

H

Водород

Чистое вещество — водород (H).

H
H2O

Вода

Растворитель, основа гидросферы и живых организмов.

H O
H2O2

Перекись водорода

Окислитель и антисептик.

H O
H2

Водород

Лёгкий газ; топливо и восстановитель.

H
NH3

Аммиак

База; сырьё для удобрений и синтеза.

H N
HCl

Соляная кислота

Сильная кислота; пищеварительный сок.

H Cl
H2SO4

Серная кислота

Сильная двухосновная кислота; нефтехимия.

H O S
HNO3

Азотная кислота

Сильный окислитель; удобрения и взрывчатка.

H N O
H3PO4

Ортофосфорная кислота

Кислота; компонент удобрений и напитков.

H O P
HF

Плавиковая кислота

Слабая, но едкая кислота; травление стекла.

H F
NaOH

Едкий натр

Сильная щёлочь; мыловарение и целлюлоза.

H O Na
KOH

Едкое кали

Сильная щёлочь; электролит аккумуляторов.

H O K
Ca(OH)2

Гашёная известь

Слабая щёлочь; строительство и водоподготовка.

H O Ca
NaHCO3

Пищевая сода

Слабая щёлочь; разрыхлитель и антацид.

H C O Na
CH4

Метан

Основной компонент природного газа.

H C
C2H5OH

Этанол

Спирт; растворитель и топливная добавка.

H C O
C3H6O

Ацетон

Полярный растворитель; органический растворитель.

H C O
C6H12O6

Глюкоза

Простой сахар; источник энергии.

H C O
C12H22O11

Сахароза

Столовый сахар из тростника или свёклы.

H C O
C6H6

Бензол

Ароматический углеводород; сырьё органики.

H C
H2S

Сероводород

Токсичный газ с запахом тухлых яиц.

H S
HAuCl4

Хлороаурная кислота

Кислота; раствор для золочения.

H Cl Au
NH4Cl

Хлорид аммония

Соль; компонент сухих батареек.

H N Cl
NH4NO3

Нитрат аммония

Удобрение и компонент взрывчатки.

H N O
LiOH

Гидроксид лития

Щёлочь; батареи и поглотитель CO₂.

H Li O
H3BO3

Борная кислота

Слабая кислота; антисептик.

H B O
CH3COOH

Уксусная кислота

Слабая органическая кислота.

H C O
CH3COCH3

Ацетон

Растворитель; органическая химия.

H C O
CH3OH

Метанол

Древесный спирт; растворитель.

H C O
C2H6

Этан

Газ; компонент природного газа.

H C
C2H4

Этилен

Алкен; полимеризация.

H C
C2H2

Ацетилен

Газ для сварки.

H C
C3H8

Пропан

Сжиженный газ.

H C
C4H10

Бутан

Газ в зажигалках.

H C
C6H5OH

Фенол

Ароматический спирт; антисептик.

H C O
C6H5COOH

Бензойная кислота

Консервант и реактив.

H C O
C6H5NH2

Анилин

Аминобензол; красители.

H C N
C6H5NO2

Нитробензол

Промежуточный продукт синтеза.

H C N O
C6H5Cl

Хлорбензол

Ароматический галогенпроизводный.

H C Cl
C2H5OC2H5

Диэтиловый эфир

Анестетик и растворитель.

H C O
CH3OCH3

Диметиловый эфир

Газ-аэрозоль; растворитель.

H C O
CH3COOCH3

Метилацетат

Летучий эфир; растворитель.

H C O
CH3COOC2H5

Этилацетат

Растворитель лаков.

H C O
CH3COONa

Ацетат натрия

Соль уксусной кислоты.

H C O Na
CH3COOK

Ацетат калия

Соль уксусной кислоты.

H C O K
CH3NH2

Метиламин

Простейший амин.

H C N
C2H5NH2

Этиламин

Амин; органический синтез.

H C N
C6H12N4

Гексаметилентетрамин

Уротропин; твердое топливо.

H C N
C6H5CH3

Толуол

Ароматический растворитель.

H C
C6H4(CH3)2

Ксилол

Растворитель красок.

H C
C10H8

Нафталин

Ароматический углеводород.

H C
CHCl3

Хлороформ

Галогеналкан; растворитель.

H C Cl
CH2Cl2

Дихлорметан

Растворитель в лаборатории.

H C Cl
CH3Cl

Хлорметан

Галогенпроизводный метана.

H C Cl
SiH4

Силан

Газ; полупроводники.

H Si
AsH3

Арсин

Токсичный газ.

H As
Na2B4O7·10H2O

Бура

Кристаллогидрат тетрабората натрия; флюс и моющее средство.

H B O Na
KAl(SO4)2·12H2O

Калиевые квасцы

Двойная соль алюминия и калия; протрава и коагулянт.

H O Al S K
Al2Si2O5(OH)4

Каолинит

Глинистый минерал; сырье для фарфора.

H O Al Si
Mg3Si4O10(OH)2

Тальк

Мягкий силикат магния.

H O Mg Si
Mg3Si2O5(OH)4

Серпентин

Группа гидросиликатов магния.

H O Mg Si
KCl·MgCl2·6H2O

Карналлит

Калийно-магниевая соль; сырье для калийных удобрений.

H O Mg Cl K
Ca5(PO4)3OH

Гидроксиапатит

Минерал костей и зубной эмали.

H O P Ca
[Cu(NH3)4]SO4

Тетраамминмедь(II) сульфат

Глубоко-синий комплекс меди с аммиаком.

H N O S Cu
[Co(NH3)6]Cl3

Гексаамминкобальт(III) хлорид

Классический координационный комплекс кобальта.

H N Cl Co
[Ni(NH3)6]Cl2

Гексаамминникель(II) хлорид

Комплекс никеля с аммиаком.

H N Cl Ni
Pt(NH3)2Cl2

Цисплатин

Платиновый координационный комплекс и лекарство.

H N Cl Pt
H2PtCl6

Хлороплатиновая кислота

Кислота и прекурсор солей платины.

H Cl Pt
[Ag(NH3)2]NO3

Реактив Толленса

Диамминсеребряный комплекс для серебряного зеркала.

H N O Ag
CuSO4·5H2O

Медный купорос пятиводный

Синие кристаллы сульфата меди.

H O S Cu
FeSO4·7H2O

Железный купорос

Кристаллогидрат сульфата железа(II).

H O S Fe
MgSO4·7H2O

Горькая соль

Семиводный сульфат магния.

H O Mg S
Na2CO3·10H2O

Кристаллическая сода

Декагидрат карбоната натрия.

H C O Na
CaSO4·2H2O

Гипс двуводный

Кристаллогидрат сульфата кальция.

H O S Ca
CoCl2·6H2O

Хлорид кобальта(II) гексагидрат

Розовые кристаллы; индикатор влажности.

H O Cl Co
NiCl2·6H2O

Хлорид никеля(II) гексагидрат

Зелёный кристаллогидрат никеля.

H O Cl Ni
MnCl2·4H2O

Хлорид марганца(II) тетрагидрат

Розовый кристаллогидрат.

H O Cl Mn
HClO

Хлорноватистая кислота

Слабая кислота и сильный дезинфектант.

H O Cl
HClO3

Хлорноватая кислота

Кислородная кислота хлора.

H O Cl
HClO4

Хлорная кислота

Очень сильная кислота и окислитель.

H O Cl
HBr

Бромоводородная кислота

Сильная кислота брома.

H Br
HI

Иодоводородная кислота

Сильная кислота и восстановитель.

H I
H2CO3

Угольная кислота

Кислота газированной воды.

H C O
H2SO3

Сернистая кислота

Кислота сернистого газа в воде.

H O S
HNO2

Азотистая кислота

Неустойчивая кислота нитритов.

H N O
HCN

Синильная кислота

Летучая токсичная кислота.

H C N
HSCN

Роданистоводородная кислота

Кислота тиоцианатов.

H C N S
H2C2O4

Щавелевая кислота

Двухосновная органическая кислота.

H C O
C6H8O7

Лимонная кислота

Пищевая кислота цитрусовых.

H C O
C4H6O6

Винная кислота

Кислота винограда и винного камня.

H C O
C3H6O3

Молочная кислота

Кислота молочнокислого брожения.

H C O
(NH4)2SO4

Сульфат аммония

Азотное удобрение.

H N O S
(NH4)2HPO4

Диаммонийфосфат

Фосфорное удобрение DAP.

H N O P
KH2PO4

Монокалийфосфат

Кислая соль фосфорной кислоты; удобрение.

H O P K
K2HPO4

Дикалийфосфат

Буферная соль и удобрение.

H O P K
C8H10N4O2

Кофеин

Алкалоид кофе, чая и какао.

H C N O
C8H10N4O2

Теин

То же вещество, что кофеин, когда его выделяют из чая; часто ищут как «тетин».

H C N O
C7H8N4O2

Теобромин

Алкалоид какао-бобов и шоколада.

H C N O
C7H8N4O2

Теофиллин

Пуриновый алкалоид чайного листа; изомер теобромина.

H C N O
C10H14N2

Никотин

Алкалоид растений табака.

H C N
C55H72MgN4O5

Хлорофилл a

Главный зелёный пигмент фотосинтеза у растений и водорослей.

H C N O Mg
C55H70MgN4O6

Хлорофилл b

Вспомогательный зелёный пигмент фотосинтеза у высших растений.

H C N O Mg
C55H72MgN4O5+C55H70MgN4O6

Хлорофилл

Смесь зелёных магнийсодержащих пигментов растений.

H C N O Mg
C40H56

Бета-каротин

Оранжевый каротиноид моркови и провитамин A.

H C
C40H56

Ликопин

Красный каротиноид томатов и арбуза.

H C
C15H11O6

Антоцианидин

Основа красно-фиолетовых растительных пигментов.

H C O
C76H52O46

Танин

Дубильное растительное вещество; смесь близких полифенолов.

H C O
C20H30O

Ретинол

Витамин A; жирорастворимое органическое вещество.

H C O
C6H8O6

Аскорбиновая кислота

Витамин C и восстановитель.

H C O
C29H50O2

Альфа-токоферол

Одна из основных форм витамина E.

H C O
C27H44O

Холестерин

Стерол клеточных мембран животных.

H C O
C10H20O

Ментол

Терпеноид мяты с охлаждающим запахом.

H C O
C10H16

Лимонен

Цитрусовый терпен эфирных масел.

H C
C8H8O3

Ванилин

Ароматическое вещество ванили.

H C O
C9H8O4

Салициловая кислота

Растительный фенольный метаболит и предшественник аспирина.

H C O
C9H8O4

Аспирин

Ацетилсалициловая кислота.

H C O
C8H9NO2

Парацетамол

Обезболивающее и жаропонижающее средство.

H C N O
C17H19NO3

Морфин

Сложный природный алкалоид.

H C N O
C21H30O2

Тетрагидроканнабинол

Органическое соединение класса каннабиноидов.

H C O
C20H14O4

Фенолфталеин

Кислотно-основный индикатор.

H C O
C16H18ClN3S

Метиленовый синий

Синий краситель и индикатор.

H C N S Cl
C20H12O5

Ализарин

Органический краситель.

H C O
UO2(CH3COO)2

Уранилацетат

Соль уранила и уксусной кислоты.

H C O U
H2O+NaCl+MgCl2+MgSO4

Морская вода

Вода с растворенными солями натрия, магния, хлора и серы.

H O Na Mg S Cl
CH4+C2H6+C3H8+C4H10

Природный газ

Смесь легких углеводородов.

H C
C7H16+C8H18+C9H20

Бензин

Смесь жидких углеводородов топлива.

H C
H2O+C8H10N4O2+C6H12O6+C12H22O11

Кофе

Напиток: водный раствор кофеина, сахаров и множества ароматических веществ.

H C N O
H2O+C8H10N4O2+C76H52O46+C15H11O6

Чай

Водный настой листьев с теином, танинами и растительными пигментами.

H C N O
C55H72MgN4O5+C55H70MgN4O6+C40H56+C15H11O6

Зелёный лист

Природная смесь хлорофиллов, каротиноидов и антоциановых пигментов.

H C N O Mg
C6H12O6+C12H22O11+C6H8O6+C40H56

Фруктовый сок

Смесь воды, сахаров, органических кислот, витаминов и пигментов.

H C O
C3H5(OOCR)3+C16H32O2+C18H34O2

Растительное масло

Смесь триглицеридов и жирных кислот растительного происхождения.

H C O
H2O+C12H22O11+C8H10N4O2+C7H8N4O2

Какао-напиток

Смесь воды, сахара, теобромина и небольшого количества кофеина.

H C N O
H2O+C12H22O11+C6H8O7+C6H8O6

Лимонад

Кисло-сладкая водная смесь сахара, лимонной и аскорбиновой кислот.

H C O
H2O+C2H5OH+C4H6O6+C6H12O6

Вино

Раствор этанола, органических кислот, сахаров и ароматических веществ.

H C O
C6H10O5n

Крахмал

Полисахарид растений; смесь амилозы и амилопектина.

H C O
C6H10O5n

Целлюлоза

Полисахарид клеточных стенок растений.

H C O
C9H10O2+C10H12O3+C11H14O4

Лигнин

Сложная природная смесь ароматических полимерных звеньев древесины.

H C O
C2H5OH+H2O+CH3COOH

Спиртовой уксус

Водная смесь уксусной кислоты и следов этанола.

H C O
Al2Si2O5(OH)4+SiO2+Fe2O3

Глина

Минеральная смесь каолинита, кварца и оксидов железа.

H O Al Si Fe
SiO2+CaCO3+Al2Si2O5(OH)4

Почва

Сложная смесь минеральных частиц, воды, воздуха и органики.

H C O Al Si Ca
C6H10O5n+C9H10O2+C10H12O3+H2O

Древесина

Природный композит: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза и влага.

H C O
C6H10O5n+C9H10O2+C10H12O3

Древесина сухая

Древесное волокно без влаги: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза.

H C O
(C2H4)n+(C8H8)n+(C2H3Cl)n

Пластик

Смесь синтетических полимеров: полиэтилен, полистирол, ПВХ и другие.

H C Cl
(C2H4)n

Полиэтилен

Пластмасса из полимеризации этилена; пакеты, плёнка и тара.

H C
(C8H8)n

Полистирол

Жёсткий прозрачный или пенопласт; упаковка и теплоизоляция.

H C
(C2H3Cl)n

Поливинилхлорид

ПВХ: трубы, плёнка, профили и кабельная изоляция.

H C Cl
(C3H6)n

Полипропилен

Термопластик для упаковки, текстиля и деталей.

H C
H2O+C8H10N4O2+C76H52O46

Чёрный чай

Настой ферментированных листьев: теин, танины и ароматические соединения.

H C N O
H2O+C8H10N4O2+C55H72MgN4O5

Зелёный чай

Настой неферментированных листьев с теином и хлорофиллом.

H C N O Mg
H2O+C8H10N4O2+C12H22O11

Кофе с молоком

Напиток: кофеин, сахара и белки молока в водном растворе.

H C N O
H2O+C8H10N4O2

Эспрессо

Концентрированный водный экстракт кофеина и ароматических веществ.

H C N O