Водень – характеристика, фізичні та хімічні властивості

Водень був відкритий в другій половині 18 століття англійським вченим в області фізики і хімії Г. Кавендішем. Він зумів виділити речовину в чистому стані, зайнявся її вивченням і описав властивості.

Така історія відкриття водню. В ході експериментів дослідник визначив, що це горючий газ, згоряння якого в повітрі дає воду. Це призвело до визначення якісного складу води.

Що таке водень

Про водень, як про просту речовину, вперше заявив французький хімік А.Лавуазьє в 1784 році, оскільки визначив, що до складу його молекули входять атоми одного виду.

Назва хімічного елемента по-латині звучить як hydrogenium (читається «гідрогеніум»), що означає «воду народжує». Назва відсилає до реакції Gorenje, в результаті якої утворюється вода.

Характеристика водню

Позначення водню Н.Менделєєв присвоїв цьому хімічному елементу перший порядковий номер, розмістивши його в головній підгрупі першої групи і першому періоді і умовно в головній підгрупі сьомої групи.

Атомна маса (атомна маса) водню становить 1,00797. Молекулярна маса H2 дорівнює 2 А.Е. молярна маса чисельно дорівнює їй.

Представлений трьома ізотопами, що мають спеціальну назву: найпоширеніший протій (H), важкий дейтерій (D), радіоактивний тритій (Т).

Це перший елемент, який може бути повністю розділений на ізотопи простим способом. Ґрунтується він на високій різниці мас ізотопів. Вперше процес був здійснений в 1933 році. Пояснюється це тим, що лише в 1932 році був виявлений ізотоп з масою 2.

Фізична властивість

У нормальних умовах проста речовина водень у вигляді двоатомних молекул є газом, без кольору, у якого відсутній смак і запах. Мало розчинний у воді та інших розчинниках.

Температура кристалізації-259,2 оС, температура кипіння – 252,8 оС. Діаметр молекул водню настільки малий, що вони мають здатність до повільної дифузії через ряд матеріалів (гума, скло, метали). Це властивість знаходить застосування, коли потрібно очистити водень від газоподібних домішок. При Н. У. Водень має густину, рівну 0,09 кг/м 3 .

Чи можливо перетворення водню в метал за аналогією з елементами, розташованими в першій групі? Вченими встановлено, що водень в умовах, коли тиск наближається до 2 млн.атмосфер, починає поглинати інфрачервоні промені, що свідчить про поляризацію молекул речовини. Можливо, при ще більш високих тисках, водень стане металом.

Це цікаво: є припущення, що на планетах-гігантах, Юпітері і Сатурні, водень знаходиться у вигляді металу. Передбачається, що в складі земного ядра теж присутній металевий твердий водень, завдяки надвисокому тиску, створюваному земною мантією.

Хімічна властивість

У хімічну взаємодію з воднем вступають як прості, так і складні речовини. Але малу активність водню потрібно збільшити створенням відповідних умов – підвищенням температури, застосуванням каталізаторів і ін.

При нагріванні в реакцію з воднем вступають такі прості речовини, як кисень (O2), хлор(Cl2), азот (N2), сірка(s).

Якщо підпалити чистий водень на кінці газовідвідної трубки в повітрі, він буде горіти рівно, але ледве помітно. Якщо ж помістити газовідвідну трубку в атмосферу чистого кисню, то Gorenje продовжиться з утворенням на стінках судини крапель води, як результат реакції:

Горіння водню супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Це екзотермічна реакція сполуки, в процесі якої водень окислюється киснем з утворенням оксиду H2O. це також і окислювально-відновна реакція, в якій водень окислюється, а кисень відновлюється.

Аналогічно відбувається реакція з Cl2 з утворенням хлороводню.

Для здійснення взаємодії азоту з воднем потрібна висока температура і підвищений тиск, а також присутність каталізатора. Результатом є аміак.

В результаті реакції з сіркою утворюється сірководень, розпізнавання якого полегшує характерний запах тухлих яєць.

Ступінь окислення водню в цих реакціях +1, а в гідридах, описуваних нижче, – 1.

При реакції з деякими металами утворюються гідриди, наприклад, гідрид натрію – NaH. Деякі з цих складних сполук використовуються як паливо для ракет, а також у термоядерній енергетиці.

Водень реагує і з речовинами з категорії складних. Наприклад, з оксидом міді (II), формула CuO. Для здійснення реакції, водень міді пропускається над нагрітим порошкоподібним оксидом міді (II). В ході взаємодії реагент змінює свій колір і стає червоно-коричневим, а на холодних стінках пробірки осідають крапельки води.

Водень в ході реакції окислюється, утворюючи воду, а мідь відновлюється з оксиду до простої речовини (Cu).

Галузь застосування

Водень має велике значення для людини і знаходить застосування в самих різних сферах:

• У хімічному виробництві – це сировина, в інших галузях – паливо. Не обходяться без водню і підприємства нафтохімії та нафтопереробки.
• В електроенергетиці це проста речовина виконує функцію охолоджуючого агента.
• У чорній і кольоровій металургії водню відводиться роль відновника.
• Сього допомогою створюють інертну середу при упаковці продуктів.
• Фармацевтична промисловість – користується воднем як реагентом у виробництві перекису водню.
• Цим легким газом наповнюють метеорологічні зонди.
• Відомий цей елемент і в якості відновника палива для ракетних двигунів.

Вчені одностайно пророкують водневому паливу пальму першості в енергетиці.

Отримання в промисловості

У промисловості водень отримують методом електролізу, якому піддають хлориди або гідроксиди лужних металів, розчинені у воді. Також можна отримувати водень цим способом безпосередньо з води.

Використовується в цих цілях конверсія коксу або метану з водяною парою. Розкладання метану при підвищеній температурі також дає водень. Зрідження коксового газу фракційним методом теж застосовується для промислового отримання водню.

Отримання в лабораторії

У лабораторії для отримання водню використовують апарат Кіппа.

В якості реагентів виступають соляна або сірчана кислота і цинк. В результаті реакції утворюється водень.

Знаходження водню в природі

Водень частіше за інших елементів зустрічається у Всесвіті. Основну масу зірок, в тому числі Сонця, і інших космічних тіл становить водень.

У земній корі його всього 0,15%. Він присутній у багатьох мінералах, у всіх органічних речовинах, а також у воді, що покриває на 3/4 поверхню нашої планети.

У верхніх шарах атмосфери можна виявити сліди водню в чистому вигляді. Знаходять його і в ряді горючих природних газів.

1. Кількість речовини. Стала Авогадро

Кількість речовини — фізична величина, пропорційна числу частинок (структурних одиниць), що містяться в даній порції речовини.

Для позначення кількості речовини використовується грецька буква ν . Інколи використовується міжнародне позначення кількості речовини — латинська буква n . Одиниця виміру — моль .

\(1\) моль — така кількість речовини, у якій міститься 6,02 ⋅ 10 23 частинок (молекул, формульних одиниць, атомів, йонів).

Число 6,02 ⋅ 10 23 називається сталою Авогадро (числом Авогадро):

Використовуючи число Авогадро, за відомою кількістю речовини можна визначити число частинок N у його порції:

Скільки атомів і молекул міститься у 5 молях водню

Внимание! Ответы на вопросы дают живые люди. Они могут содержать ошибочную информацию, заблуждения, а также ответы могут быть сгенерированы нейросетями. Будьте внимательны. Если вы уверены, что ответ неверный, нажмите кнопку “Пожаловаться” под ответом.

Ответ:

Для знаходження кількості атомів і молекул у 5 молях водню, спершу треба врахувати, що 1 моль будь-якої речовини містить приблизно 6.0221 × 1 0 23 6.0221 \times 10^ 6.0221 × 1 0 23 елементарних одиниць (це називається числом Авогадро).

Вода (H₂O) складається з двох атомів водню (H) і одного атома кисню (O). Тобто, молекула води містить 2 атоми водню.

Отже, кількість молекул води у 5 молях водню буде дорівнювати:

5 моль водню × 6.0221 × 1 0 23 молекул води/моль водню = 3.01105 × 1 0 24 молекул води . 5 \, \text <моль водню>\times 6.0221 \times 10^ \, \text = 3.01105 \times 10^ \, \text. 5 моль водню × 6.0221 × 1 0 23 молекул води / моль водню = 3.01105 × 1 0 24 молекул води .

Але, якщо вам потрібно знати кількість атомів водню у 5 молях водню, то ця кількість буде вдвічі більшою, оскільки в кожній молекулі води містяться 2 атоми водню.

Отже, кількість атомів водню у 5 молях водню дорівнює:

3.01105 × 1 0 24 молекул води × 2 атоми водню/молекула води = 6.0221 × 1 0 24 атоми водню . 3.01105 \times 10^ <24>\, \text \times 2 \, \text = 6.0221 \times 10^ <24>\, \text. 3.01105 × 1 0 24 молекул води × 2 атоми водню / молекула води = 6.0221 × 1 0 24 атоми водню .

Отже, у 5 молях водню міститься приблизно 6.0221 × 1 0 24 6.0221 \times 10^ 6.0221 × 1 0 24 атомів водню і 3.01105 × 1 0 24 3.01105 \times 10^ 3.01105 × 1 0 24 молекул води.