De vorming van waterstof. Verschillende vormen van waterstof

Het meest voorkomende chemische element in het heelal is waterstof. Dit is een soort referentiepunt, omdat in het periodiek systeem het atoomnummer gelijk is aan één. De mensheid hoopt meer over hem te weten te komen als een van de best mogelijke Voertuig in de toekomst. Waterstof is het eenvoudigste, lichtste, meest voorkomende element, het is overal overvloedig aanwezig - vijfenzeventig procent van de totale massa van materie. Het zit in elke ster, vooral veel waterstof in gasreuzen. Zijn rol in stellaire fusiereacties is van cruciaal belang. Zonder waterstof is er geen water, wat betekent dat er geen leven is. Iedereen herinnert zich dat een watermolecuul één zuurstofatoom bevat en dat twee atomen waterstof zijn. Dit is de bekende formule H 2 O.

Hoe we het gebruiken

Waterstof ontdekt in 1766 Henry Cavendish bij het analyseren van de oxidatiereactie van het metaal. Na een aantal jaren van observatie realiseerde hij zich dat tijdens het verbranden van waterstof water wordt gevormd. Eerder isoleerden wetenschappers dit element, maar beschouwden het niet als onafhankelijk. In 1783 kreeg waterstof de naam waterstof (vertaald van het Griekse "hydro" - water en "gen" - om te bevallen). Het element dat water genereert is waterstof. Het is een gas waarvan de molecuulformule H 2 is. Als de temperatuur dicht bij kamertemperatuur ligt en de druk normaal is, is dit element niet waarneembaar. Waterstof kan zelfs niet worden opgevangen door menselijke zintuigen - het is smaakloos, kleurloos, geurloos. Maar onder druk en bij een temperatuur van -252,87 C (heel koud!) wordt dit gas vloeibaar. Dit is hoe het wordt opgeslagen, omdat het in de vorm van een gas veel meer ruimte in beslag neemt. Het is vloeibare waterstof die als raketbrandstof wordt gebruikt.

Waterstof kan vast, metallisch worden, maar daarvoor is ultrahoge druk nodig, en dit is wat de meest vooraanstaande wetenschappers, natuurkundigen en chemici nu doen. Dit element dient nu al als alternatieve brandstof voor transport. Het toepassen ervan is vergelijkbaar met hoe een motor werkt. interne verbranding: Bij de verbranding van waterstof komt veel van zijn chemische energie vrij. Ook is in de praktijk een methode ontwikkeld om op basis daarvan een brandstofcel te maken: in combinatie met zuurstof ontstaat er een reactie, waardoor water en elektriciteit worden gevormd. Het is mogelijk dat het transport binnenkort "overschakelt" van benzine naar waterstof - veel autofabrikanten zijn geïnteresseerd in het maken van alternatieve brandbare materialen, en er zijn enkele successen. Maar een puur waterstofmotor is nog in de toekomst, er zijn veel moeilijkheden. De voordelen zijn echter van dien aard dat het maken van een brandstoftank met vaste waterstof in volle gang is en wetenschappers en ingenieurs zich niet zullen terugtrekken.

Basis informatie

Hydrogenium (lat.) - waterstof, het eerste serienummer in het periodiek systeem, aangeduid met H. Het waterstofatoom heeft een massa van 1,0079, het is een gas dat geen normale omstandigheden geen smaak, geen geur, geen kleur. Chemici hebben sinds de zestiende eeuw een bepaald brandbaar gas beschreven en het op verschillende manieren aangeduid. Maar het bleek voor iedereen onder dezelfde omstandigheden - wanneer zuur op het metaal inwerkt. Waterstof werd, zelfs door Cavendish zelf, jarenlang gewoon 'brandbare lucht' genoemd. Pas in 1783 bewees Lavoisier dat water een complexe samenstelling heeft, door synthese en analyse, en vier jaar later gaf hij "brandbare lucht" zijn moderne naam. De wortel hiervan samengesteld woord wordt veel gebruikt wanneer het nodig is om waterstofverbindingen en alle processen waaraan het deelneemt te noemen. Bijvoorbeeld hydrogenering, hydride en dergelijke. En de Russische naam werd in 1824 voorgesteld door M. Solovyov.

In de natuur kent de verdeling van dit element geen gelijke. In de lithosfeer en hydrosfeer van de aardkorst is de massa één procent, maar waterstofatomen zijn maar liefst zestien procent. Het meest voorkomende water op aarde, en 11,19% van het gewicht daarin, is waterstof. Het is ook zeker aanwezig in bijna alle verbindingen waaruit olie, steenkool, alle natuurlijke gassen, klei bestaan. Er is waterstof in alle organismen van planten en dieren - in de samenstelling van eiwitten, vetten, nucleïnezuren, koolhydraten enzovoort. De vrije toestand voor waterstof is niet typisch en komt bijna nooit voor - er is heel weinig van in natuurlijke en vulkanische gassen. Een zeer verwaarloosbare hoeveelheid waterstof in de atmosfeer - 0,0001%, in termen van het aantal atomen. Aan de andere kant vertegenwoordigen hele stromen protonen waterstof in de ruimte nabij de aarde, die de binnenste stralingsgordel van onze planeet vormt.

Ruimte

In de ruimte is geen enkel element zo gewoon als waterstof. Het volume waterstof in de samenstelling van de elementen van de zon is meer dan de helft van zijn massa. De meeste sterren vormen waterstof in de vorm van plasma. Het grootste deel van verschillende gassen van nevels en het interstellaire medium bestaat ook uit waterstof. Het is aanwezig in kometen, in de atmosfeer van een aantal planeten. Natuurlijk niet in Zuivere vorm, - dan als vrij H 2, dan als methaan CH 4, dan als ammoniak NH 3, zelfs als water H 2 O. Heel vaak zijn er radicalen CH, NH, SiN, OH, PH en dergelijke. Als een stroom van protonen maakt waterstof deel uit van de corpusculaire zonnestraling en kosmische straling.

In gewone waterstof is een mengsel van twee stabiele isotopen lichte waterstof (of protium 1H) en zware waterstof (of deuterium - 2H of D). Er zijn andere isotopen: radioactief tritium - 3 H of T, anders - superzware waterstof. En ook zeer onstabiele 4 N. In de natuur bevat een waterstofverbinding isotopen in zulke verhoudingen: er zijn 6800 protiumatomen per deuteriumatoom. Tritium wordt in de atmosfeer gevormd uit stikstof, dat wordt beïnvloed door neutronen van kosmische straling, maar verwaarloosbaar. Wat betekenen de massagetallen van isotopen? Het getal geeft aan dat de protiumkern slechts één proton heeft, terwijl deuterium niet alleen een proton, maar ook een neutron in de kern van een atoom heeft. Tritium heeft twee neutronen in de kern voor één proton. Maar 4 N bevat drie neutronen per proton. Daarom zijn de fysische en chemische eigenschappen van waterstofisotopen heel anders in vergelijking met de isotopen van alle andere elementen - het verschil in massa is te groot.

Structuur en fysieke eigenschappen

Qua structuur is het waterstofatoom het eenvoudigst in vergelijking met alle andere elementen: één kern - één elektron. Ionisatiepotentiaal - de bindingsenergie van de kern met het elektron - 13.595 elektronvolt (eV). Juist vanwege de eenvoud van deze structuur is het waterstofatoom handig als model in de kwantummechanica wanneer het nodig is om te berekenen energie niveau meer complexe atomen. In het H2-molecuul zijn er twee atomen die zijn verbonden door een chemische covalente binding. De vervalenergie is erg hoog. Atoomwaterstof kan worden gevormd bij chemische reacties, zoals zink en zoutzuur. Interactie met waterstof komt echter praktisch niet voor - de atomaire toestand van waterstof is erg kort, de atomen recombineren onmiddellijk tot H2-moleculen.

Fysiek gezien is waterstof lichter dan alle bekende stoffen - meer dan veertien keer lichter dan lucht (denk aan wegvliegen luchtballonnen op vakantie - binnen hebben ze alleen waterstof). Helium kan echter koken, vloeibaar worden, smelten, stollen en alleen helium kookt en smelt bij lagere temperaturen. Het is moeilijk om het vloeibaar te maken, je hebt een temperatuur onder de -240 graden Celsius nodig. Maar het heeft een zeer hoge thermische geleidbaarheid. Het lost bijna niet op in water, maar metaal werkt perfect samen met waterstof - het lost in bijna alles op, het beste van alles in palladium (850 volumes worden besteed aan één volume waterstof). Vloeibare waterstof is licht en vloeibaar, en wanneer opgelost in metalen, vernietigt het vaak legeringen als gevolg van interactie met koolstof (bijvoorbeeld staal), diffusie, decarbonisatie treedt op.

Chemische eigenschappen

In verbindingen vertoont waterstof voor het grootste deel een oxidatietoestand (valentie) van +1, zoals natrium en andere alkalimetalen. Hij wordt beschouwd als hun analoog en staat aan het hoofd van de eerste groep van het Mendelejev-systeem. Maar het waterstofion in metaalhydriden is negatief geladen, met een oxidatietoestand van -1. Dit element staat ook dicht bij halogenen, die het zelfs in organische verbindingen kunnen vervangen. Dit betekent dat waterstof ook kan worden toegeschreven aan de zevende groep van het Mendelejev-systeem. Onder normale omstandigheden verschillen waterstofmoleculen niet in activiteit, alleen gecombineerd met de meest actieve niet-metalen: het is goed met fluor, en als het licht is, met chloor. Maar bij verhitting wordt waterstof anders - het reageert met veel elementen. Atomaire waterstof is, vergeleken met moleculaire waterstof, chemisch zeer actief, dus water wordt gevormd in combinatie met zuurstof, en onderweg komt energie en warmte vrij. Bij kamertemperatuur is deze reactie erg traag, maar bij verhitting boven vijfhonderdvijftig graden ontstaat er een explosie.

Waterstof wordt gebruikt om metalen te reduceren, omdat het zuurstof uit hun oxiden haalt. Met fluor vormt waterstof zelfs in het donker en bij min tweehonderdtweeënvijftig graden Celsius een explosie. Chloor en broom prikkelen waterstof alleen als het wordt verwarmd of verlicht, en jodium alleen als het wordt verwarmd. Waterstof en stikstof vormen ammoniak (zo worden de meeste meststoffen gemaakt). Bij verhitting interageert het zeer actief met zwavel en wordt waterstofsulfide verkregen. Met tellurium en selenium is het moeilijk een reactie van waterstof te veroorzaken, maar met zuivere koolstof vindt de reactie plaats bij zeer hoge temperaturen en wordt methaan verkregen. Met koolmonoxide vormt waterstof verschillende organische verbindingen, druk, temperatuur, katalysatoren beïnvloeden hier en dit alles is van groot praktisch belang. Over het algemeen is de rol van waterstof, evenals zijn verbindingen, uitzonderlijk groot, omdat het zure eigenschappen geeft aan protische zuren. Waterstofbindingen worden gevormd met veel elementen, die de eigenschappen van zowel anorganische als organische verbindingen beïnvloeden.

Verkrijgen en gebruiken

Waterstof wordt op industriële schaal verkregen uit natuurlijke gassen - brandbare gassen, cokesovens, olieraffinagegassen. Het kan ook worden verkregen door elektrolyse waar elektriciteit niet te duur is. De belangrijkste methode voor waterstofproductie is echter de katalytische reactie van koolwaterstoffen, meestal methaan, met waterdamp, wanneer conversie wordt verkregen. De methode voor het oxideren van koolwaterstoffen met zuurstof wordt ook veel gebruikt. Winning van waterstof uit natuurlijk gas is de goedkoopste manier. De andere twee zijn het gebruik van cokesovengas en raffinaderijgas - waterstof komt vrij wanneer de andere componenten vloeibaar worden gemaakt. Ze zijn gemakkelijker vloeibaar te maken en voor waterstof heb je, zoals we ons herinneren, -252 graden nodig.

Waterstofperoxide is erg populair. Behandeling met deze oplossing wordt heel vaak gebruikt. De molecuulformule H 2 O 2 wordt waarschijnlijk niet genoemd door al die miljoenen mensen die blond willen zijn en hun haar willen oplichten, evenals degenen die houden van reinheid in de keuken. Zelfs degenen die krassen van het spelen met een kitten behandelen, realiseren zich vaak niet dat ze waterstofbehandeling gebruiken. Maar iedereen kent het verhaal: sinds 1852 waterstof voor een lange tijd gebruikt in de luchtvaart. Het luchtschip uitgevonden door Henry Giffard was gebaseerd op waterstof. Ze werden zeppelins genoemd. De zeppelins werden uit de lucht geduwd door de snelle ontwikkeling van de vliegtuigbouw. In 1937 vond er een zwaar ongeval plaats toen het luchtschip Hindenburg afbrandde. Na dit incident werden zeppelins nooit meer gebruikt. Maar aan het einde van de achttiende eeuw, de verspreiding ballonnen gevuld met waterstof was alomtegenwoordig. Naast de productie van ammoniak is tegenwoordig waterstof nodig voor de productie van methylalcohol en andere alcoholen, benzine, gehydrogeneerde zware stookolie en vaste brandstof. Je kunt niet zonder waterstof bij het lassen, bij het snijden van metalen - het kan zuurstof-waterstof en atomair-waterstof zijn. En tritium en deuterium geven leven aan kernenergie. Dit zijn, zoals we ons herinneren, isotopen van waterstof.

Neumyvakin

Waterstof als chemisch element is zo goed dat het niet anders kan dan zijn eigen fans hebben. Ivan Pavlovich Neumyvakin - doctor in de medische wetenschappen, professor, laureaat van de Staatsprijs en nog veel meer titels en prijzen, waaronder. Als doctor in de traditionele geneeskunde werd hij uitgeroepen tot de beste volksgenezer van Rusland. Hij was het die vele methoden en principes van weergave ontwikkelde medische zorg astronauten tijdens de vlucht. Hij was het die een uniek ziekenhuis creëerde - een ziekenhuis aan boord van een ruimteschip. Tegelijkertijd was hij de staatscoördinator van de richting cosmetische geneeskunde. Ruimte en cosmetica. Zijn passie voor waterstof is niet gericht op het verdienen van veel geld, zoals nu het geval is in de huisgeneeskunde, maar integendeel, om mensen te leren hoe ze iets kunnen genezen van letterlijk een centremedie, zonder extra bezoeken aan apotheken.

Hij promoot behandeling met een medicijn dat in letterlijk elk huis aanwezig is. Dit is waterstofperoxide. Je kunt Neumyvakin zo vaak bekritiseren als je wilt, hij zal nog steeds alleen aandringen: ja, inderdaad, letterlijk alles kan worden genezen met waterstofperoxide, omdat het de interne cellen van het lichaam verzadigt met zuurstof, gifstoffen vernietigt, zuur en alkalisch normaliseert balans, en van hieruit worden weefsels geregenereerd, het hele lichaam verjongd. Niemand heeft tot nu toe iemand genezen zien worden met waterstofperoxide, laat staan onderzocht, maar Neumyvakin beweert dat je met deze remedie volledig van virale, bacteriële en schimmelziekten af kunt komen, de ontwikkeling van tumoren en atherosclerose kunt voorkomen, depressie kunt verslaan, het lichaam kunt verjongen en nooit ziek worden SARS en verkoudheid.

Wondermiddel

Ivan Pavlovich is er zeker van dat je met het juiste gebruik van dit eenvoudige medicijn en met alle eenvoudige instructies veel ziekten kunt verslaan, waaronder zeer ernstige. Hun lijst is enorm: van parodontitis en tonsillitis tot hartinfarcten, beroertes en... suikerziekte. Kleinigheden als sinusitis of osteochondrose vliegen weg van de eerste behandelingssessies. Zelfs kankergezwellen zijn bang en rennen weg van waterstofperoxide, omdat het immuunsysteem wordt gestimuleerd, het leven van het lichaam en zijn afweer worden geactiveerd.

Zelfs kinderen kunnen op deze manier worden behandeld, behalve dat het voor zwangere vrouwen beter is om voorlopig af te zien van het gebruik van waterstofperoxide. Ook niet aanbevolen deze methode mensen met getransplanteerde organen vanwege mogelijke weefselincompatibiliteit. De dosering moet strikt worden nageleefd: van één druppel tot tien, elke dag één toevoegen. Drie keer per dag (dertig druppels van een drie procent oplossing van waterstofperoxide per dag, wow!) een half uur voor de maaltijd. U kunt de oplossing intraveneus en onder toezicht van een arts invoeren. Soms wordt waterstofperoxide voor een effectiever effect gecombineerd met andere medicijnen. Binnenin wordt de oplossing alleen in verdunde vorm gebruikt - met schoon water.

uiterlijk

Kompressen en spoelingen waren erg populair, zelfs voordat professor Neumyvakin zijn methoden ontwikkelde. Iedereen weet dat waterstofperoxide, net als alcoholkompressen, niet in zijn pure vorm kan worden gebruikt, omdat het weefsels zal verbranden, maar wratten of schimmelinfecties worden lokaal en met een sterke oplossing gesmeerd - tot vijftien procent.

Bij huiduitslag, bij hoofdpijn, worden ook procedures uitgevoerd waarbij waterstofperoxide is betrokken. Het kompres moet worden gedaan met een katoenen doek gedrenkt in een oplossing van twee theelepels drie procent waterstofperoxide en vijftig milligram schoon water. Bedek de stof met folie en wikkel het in met wol of een handdoek. De duur van het kompres is van een kwartier tot anderhalf uur in de ochtend en avond tot herstel.

De mening van artsen

De meningen zijn verdeeld, niet iedereen bewondert de eigenschappen van waterstofperoxide, bovendien geloven ze ze niet alleen niet, ze lachen er ook om. Onder de artsen zijn er die Neumyvakin steunden en zelfs de ontwikkeling van zijn theorie oppikten, maar zij zijn in de minderheid. De meeste artsen beschouwen een dergelijk behandelplan niet alleen ineffectief, maar vaak ook fataal.

Er is namelijk nog geen officieel bewezen geval waarbij een patiënt zou genezen met waterstofperoxide. Tegelijkertijd is er geen informatie over de verslechtering van de gezondheid in verband met het gebruik van deze methode. Maar er gaat kostbare tijd verloren en iemand die een van de ernstige ziekten heeft gekregen en volledig op Neumyvakin's wondermiddel vertrouwt, loopt het risico te laat te komen voor de start van zijn echte traditionele behandeling.

Het meest voorkomende element in het heelal is waterstof. Wat sterren betreft, heeft het de vorm van kernen - protonen - en is het het materiaal voor thermonucleaire processen. Bijna de helft van de massa van de zon bestaat ook uit H 2 -moleculen. De inhoud ervan aardkorst bereikt 0,15%, en atomen zijn aanwezig in de samenstelling van olie, aardgas, water. Samen met zuurstof, stikstof en koolstof is het een organogeen element dat deel uitmaakt van alle levende organismen op aarde. In ons artikel zullen we de fysieke en Chemische eigenschappen waterstof, definiëren we de belangrijkste toepassingsgebieden in de industrie en het belang ervan in de natuur.

Positie in het periodiek systeem van chemische elementen van Mendelejev

Het eerste element dat het periodiek systeem opent, is waterstof. Zijn atoom massa is 1.0079. Het heeft twee stabiele (protium en deuterium) en één radioactieve isotoop (tritium). Fysieke eigenschappen bepaald door de plaats van het niet-metaal in de tabel chemische elementen. Onder normale omstandigheden is waterstof (de formule is H2) een gas dat bijna 15 keer lichter is dan lucht. De structuur van het atoom van een element is uniek: het bestaat uit slechts een kern en één elektron. Het molecuul van een stof is diatomisch, de deeltjes erin zijn verbonden via een covalente niet-polaire binding. De energie-intensiteit is vrij hoog - 431 kJ. Dit verklaart de lage chemische activiteit van de verbinding onder normale omstandigheden. Elektronische formule waterstof is: H:H.

De stof heeft hele regel eigenschappen die geen analogen hebben onder andere niet-metalen. Laten we er een paar bekijken.

Oplosbaarheid en thermische geleidbaarheid

Metalen geleiden warmte het beste, maar waterstof benadert ze in termen van thermische geleidbaarheid. De verklaring van het fenomeen ligt in de zeer hoge snelheid van de thermische beweging van lichte moleculen van materie, daarom koelt een verwarmd object in een waterstofatmosfeer 6 keer sneller af dan in lucht. De verbinding kan goed oplossen in metalen, bijvoorbeeld bijna 900 volumes waterstof kunnen worden geabsorbeerd door één volume palladium. Metalen kunnen chemische reacties aangaan met H 2 waarin de oxiderende eigenschappen van waterstof tot uiting komen. In dit geval worden hydriden gevormd:

2Na + H 2 \u003d 2 NaH.

In deze reactie accepteren de atomen van een element elektronen van metaaldeeltjes en veranderen ze in anionen met een negatieve eenheidslading. Een eenvoudige stof H2 is in dit geval een oxidatiemiddel, wat er meestal niet typisch voor is.

Waterstof als reductiemiddel

Metalen en waterstof zijn niet alleen verenigd door een hoge thermische geleidbaarheid, maar ook door het vermogen van hun atomen in chemische processen om hun eigen elektronen af te staan, dat wil zeggen te oxideren. Basische oxiden reageren bijvoorbeeld met waterstof. De redoxreactie eindigt met het vrijkomen van puur metaal en de vorming van watermoleculen:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O.

De interactie van een stof met zuurstof tijdens verwarming leidt ook tot de productie van watermoleculen. Het proces is exotherm en gaat gepaard met de release een groot aantal thermische energie. Als een gasmengsel van H 2 en O 2 reageert in een verhouding van 2: 1, dan wordt het genoemd omdat het explodeert bij ontsteking:

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.

Water is en speelt een belangrijke rol bij de vorming van de hydrosfeer, het klimaat en het weer van de aarde. Het biedt de cyclus van elementen in de natuur, ondersteunt alles Levensprocessen organismen die onze planeet bewonen.

Interactie met niet-metalen

De belangrijkste chemische eigenschappen van waterstof zijn de reacties met niet-metalen elementen. Bij normale omstandigheden zijn chemisch inert genoeg, zodat de stof alleen kan reageren met halogenen, bijvoorbeeld met fluor of chloor, die van alle niet-metalen het actiefst zijn. Dus een mengsel van fluor en waterstof explodeert in het donker of in de kou, en met chloor - bij verwarming of in het licht. De reactieproducten zullen waterstofhalogeniden zijn, waarvan de waterige oplossingen bekend staan als fluoride- en chloridezuren. C interageert bij een temperatuur van 450-500 graden, een druk van 30-100 MPa en in aanwezigheid van een katalysator:

N₂ + 3H₂ ⇔ p, t, kat ⇔ 2NH₃.

De weloverwogen chemische eigenschappen van waterstof hebben: groot belang voor industrie. U kunt bijvoorbeeld een waardevol chemisch product krijgen - ammoniak. Het is de belangrijkste grondstof voor de productie van nitraatzuur en stikstofmeststoffen: ureum, ammoniumnitraat.

organisch materiaal

Tussen koolstof en waterstof leidt tot de productie van de eenvoudigste koolwaterstof - methaan:

C + 2H 2 = CH 4.

Stof is het belangrijkste integraal deel natuurlijk en ze worden gebruikt als: waardevolle soorten brandstoffen en grondstoffen voor de organische synthese-industrie.

In de chemie van koolstofverbindingen is een element opgenomen in een groot aantal stoffen: alkanen, alkenen, koolhydraten, alcoholen, enz. Er zijn veel reacties bekend van organische verbindingen met H2-moleculen. Zij dragen gemeenschappelijke naam hydrogenering of hydrogenering. Dus, aldehyden kunnen worden gereduceerd met waterstof tot alcoholen, onverzadigde koolwaterstoffen - tot alkanen. Etheen wordt bijvoorbeeld omgezet in ethaan:

C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.

Van groot praktisch belang zijn chemische eigenschappen van waterstof zoals bijvoorbeeld de hydrogenering van vloeibare oliën: zonnebloem, maïs en raapzaad. Het leidt tot de productie van vast vet - reuzel, dat wordt gebruikt bij de productie van glycerine, zeep, stearine, harde margarine. Voor verbetering uiterlijk en smakelijkheid voedingsproduct, melk, dierlijke vetten, suiker, vitamines worden eraan toegevoegd.

In ons artikel hebben we de eigenschappen van waterstof bestudeerd en zijn rol in de natuur en het menselijk leven ontdekt.

WATERSTOF (Latijn Hydrogenium), H, een chemisch element van groep VII van de korte vorm (groep 1 van de lange vorm) van het periodiek systeem; atoomnummer 1, atoommassa 1.00794; niet-metaal. Er zijn twee stabiele isotopen in de natuur: protium 1 H (99,985% per gewicht) en deuterium D, of 2 H (0,015%). Kunstmatig geproduceerd radioactief tritium 3 H, of T (ß-verval, T 1/2 12,26 jaar), wordt in de natuur in verwaarloosbare hoeveelheden gevormd in de bovenste lagen van de atmosfeer als gevolg van de interactie van kosmische straling, voornamelijk met N en O kernen Kunstmatig verkregen extreem onstabiele radioactieve isotopen 4 H, 5 H, 6 H.

Geschiedenis referentie. Waterstof werd voor het eerst bestudeerd in 1766 door G. Cavendish en door hem "brandbare lucht" genoemd. In 1787 toonde A. Lavoisier aan dat dit gas water vormt tijdens verbranding, nam het op in de lijst van chemische elementen en stelde de naam hydrogène voor (van het Grieks?δωρ - water en γενν?ω - om te bevallen).

verspreiding in de natuur. Waterstofgehalte in atmosferische lucht 3,5-10 gew.%, in de aardkorst 1%. Het belangrijkste reservoir van waterstof op aarde is water (11,19% waterstof per massa). Waterstof is een van de biogene elementen, het maakt deel uit van de verbindingen die kolen, olie, natuurlijke brandbare gassen, veel mineralen, enz. vormen. In de ruimte nabij de aarde vormt waterstof in de vorm van een protonstroom de interne stralingsgordel van de aarde . Waterstof is het meest voorkomende element in de ruimte; in de vorm van plasma maakt het ongeveer 70% uit van de massa van de zon en de sterren, het grootste deel van het interstellaire medium en gasnevels, is aanwezig in de atmosfeer van een aantal planeten in de vorm van H 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O, enz.

Eigendommen. De configuratie van de elektronenschil van het waterstofatoom is 1s 1 ; in verbindingen vertoont het oxidatietoestanden +1 en -1. Elektronegativiteit volgens Pauling 2.1; stralen (pm): atoom 46, covalent 30, van der Waals 120; ionisatie-energie H° → H + 1312,0 kJ/mol. In de vrije toestand vormt waterstof een diatomisch H2-molecuul, de internucleaire afstand is 76 pm en de dissociatie-energie is 432,1 kJ/mol (0 K). Afhankelijk van de onderlinge oriëntatie van kernspins, zijn er ortho-waterstof (parallelle spins) en para-waterstof (anti-parallelle spins), die verschillen in magnetische, optische en thermische eigenschappen en meestal in een verhouding van 3:1 zitten. ; de omzetting van para-waterstof naar ortho-waterstof kost 1418 J/mol energie.

Waterstof is een kleurloos, smaakloos en geurloos gas; t PL -259,19 ° , t KIP -252,77 ° . Waterstof is de lichtste en meest warmtegeleidende van alle gassen: bij 273 K is de dichtheid 0,0899 kg/m 3, de thermische geleidbaarheid is 0,1815 W/(mK). Lost niet op in water; lost goed op in veel metalen (best in Pd - tot 850 vol.%); diffundeert door vele materialen (bijv. staal). Het brandt in de lucht, vormt explosieve mengsels. Vaste waterstof kristalliseert in een hexagonaal rooster; bij een druk boven 104 MPa is een faseovergang mogelijk met de vorming van een uit atomen opgebouwde structuur met metallische eigenschappen - de zogenaamde metallische waterstof.

Waterstof vormt verbindingen met veel elementen. Met zuurstof vormt het water (bij temperaturen boven 550 ° C gaat de reactie gepaard met een explosie), met stikstof - ammoniak, met halogenen - waterstofhalogeniden, met metalen, intermetallische stoffen en ook met veel niet-metalen (bijvoorbeeld chalcogenen ) - hydriden, met koolstof - koolwaterstoffen. Reacties met CO zijn van praktisch belang (zie Synthesegas). Waterstof reduceert oxiden en halogeniden van veel metalen tot metalen, onverzadigde koolwaterstoffen tot verzadigde (zie Hydrogenering). De kern van het waterstofatoom - proton H+ - bepaalt de zure eigenschappen van verbindingen. BIJ waterige oplossingen H + vormt een hydroniumion H 3 O + met een watermolecuul. In de samenstelling van moleculen verschillende verbindingen waterstof heeft de neiging om waterstofbruggen te vormen met veel elektronegatieve elementen.

Sollicitatie. Waterstofgas wordt gebruikt bij de industriële synthese van ammoniak, zoutzuur, methanol en hogere alcoholen, synthetische vloeibare brandstoffen, enz., voor de hydrogenering van vetten en andere organische verbindingen; in olieraffinage - voor waterstofbehandeling en hydrokraken van oliefracties; in de metallurgie - voor het verkrijgen van metalen (bijvoorbeeld W, Mo, Re van hun oxiden en fluoriden), het creëren van een beschermende omgeving bij de verwerking van metalen en legeringen; bij de productie van kwartsglasproducten met behulp van een waterstof-zuurstofvlam, voor atomair-waterstoflassen van vuurvaste staalsoorten en legeringen, enz., als opvoergas voor ballonnen. Vloeibare waterstof is een brandstof in raketten en ruimtetechnologie; ook gebruikt als koelmiddel.

Voor de belangrijkste methoden voor het verkrijgen, evenals voor de opslag, het transport en het gebruik van waterstof als energiedrager, zie Waterstofenergie.

verlicht. zie bij st. Waterstof energie.

Waterstof- het eerste chemische element van het periodiek systeem van chemische elementen D.I. Mendelejev. Het scheikundig element waterstof bevindt zich in de eerste groep, de hoofdsubgroep, de eerste periode van het Periodiek Systeem.

Relatieve atoommassa van waterstof = 1.

Waterstof heeft de eenvoudigste structuur van een atoom, het bestaat uit een enkel elektron, dat zich in de nucleaire ruimte bevindt. De kern van een waterstofatoom bestaat uit één proton.

Het waterstofatoom kan bij chemische reacties zowel een elektron doneren als toevoegen, waarbij twee soorten ionen worden gevormd:

H0 + 1ē → H1− H0 – 1ē → H1+.

Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Het is goed voor ongeveer 88,6% van alle atomen (ongeveer 11,3% zijn heliumatomen, het aandeel van alle andere elementen samen is ongeveer 0,1%). Waterstof is dus de belangrijkste onderdeel sterren en interstellair gas. In de interstellaire ruimte bestaat dit element in de vorm van individuele moleculen, atomen en ionen en kan het moleculaire wolken vormen die aanzienlijk variëren in grootte, dichtheid en temperatuur.

De massafractie van waterstof in de aardkorst is 1%. Het is het negende meest voorkomende element. Het belang van waterstof in de chemische processen die op aarde plaatsvinden is bijna net zo groot als dat van zuurstof. In tegenstelling tot zuurstof, dat zowel in gebonden als in vrije toestand op aarde bestaat, is vrijwel alle waterstof op aarde in de vorm van verbindingen; slechts een zeer kleine hoeveelheid waterstof in de vorm een eenvoudige substantie in de atmosfeer (0,0005% per volume voor droge lucht).

Waterstof is in bijna alle aanwezig organisch materiaal en is aanwezig in alle levende cellen.

Fysische eigenschappen van waterstof

Een eenvoudige stof gevormd door het chemische element waterstof heeft een moleculaire structuur. De samenstelling komt overeen met de formule: H2. Net als een scheikundig element wordt een eenvoudige stof ook wel waterstof genoemd.

Waterstof Het is een kleurloos gas, geur- en smaakloos, praktisch onoplosbaar in water. Bij kamertemperatuur en normaal luchtdruk de oplosbaarheid is 18,8 ml gas per 1 liter water.

Waterstof- het lichtste gas, de dichtheid is 0,08987 g / l. Ter vergelijking: de dichtheid van lucht is 1,3 g/l.

Waterstof kan oplossen in metalen zo kunnen tot 850 volumes waterstof oplossen in één volume palladium. Vanwege de extreem kleine moleculaire grootte kan waterstof door veel materialen diffunderen.

Net als andere gassen condenseert waterstof bij lage temperaturen tot een kleurloze transparante vloeistof, dit gebeurt bij een temperatuur van - 252,8°C. Wanneer de temperatuur -259,2°C bereikt, kristalliseert waterstof uit in de vorm van witte kristallen, vergelijkbaar met sneeuw.

In tegenstelling tot zuurstof vertoont waterstof geen allotropie.

Toepassing van waterstof

Waterstof wordt gebruikt in verschillende industrieën industrie. Veel waterstof gaat naar de productie van ammoniak (NH3). Stikstofmeststoffen worden verkregen uit ammoniak, synthetische vezels en kunststoffen, medicijnen.

BIJ Voedselindustrie waterstof wordt gebruikt bij de productie van margarine, dat harde vetten bevat. Om ze uit vloeibare vetten te halen, wordt er waterstof doorheen geleid.

Wanneer waterstof in zuurstof verbrandt, is de vlamtemperatuur ongeveer 2500°C. Bij deze temperatuur kunnen vuurvaste metalen worden gesmolten en gelast. Zo wordt waterstof gebruikt bij het lassen.

Een mengsel van vloeibare waterstof en zuurstof wordt gebruikt als raketbrandstof.

Momenteel is een aantal landen begonnen met onderzoek naar het vervangen van niet-hernieuwbare energiebronnen (olie, gas, kolen) door waterstof. Wanneer waterstof wordt verbrand in zuurstof, een milieuvriendelijke puur product- water, niet kooldioxide, dat het broeikaseffect veroorzaakt.

Wetenschappers suggereren dat in het midden van de 21e eeuw de massaproductie van auto's op waterstof zou moeten beginnen. Huishoudelijke brandstofcellen, waarvan het werk ook gebaseerd is op de oxidatie van waterstof met zuurstof, zullen een brede toepassing vinden.

Aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw, aan het begin van het tijdperk van de luchtvaart werden ballonnen, luchtschepen en ballonnen gevuld met waterstof, omdat het veel lichter is dan lucht. Het tijdperk van luchtschepen begon echter snel in het verleden te verdwijnen na de ramp die het luchtschip overkwam Hindenburg. 6 mei 1937 luchtschip, gevuld met waterstof, vatte vlam, resulterend in de dood van tientallen passagiers.

Waterstof is in bepaalde verhoudingen extreem explosief met zuurstof. Het niet naleven van de veiligheidsvoorschriften leidde tot de ontsteking en explosie van het luchtschip.

Waterstof- het eerste chemische element van het periodiek systeem van chemische elementen D.I. Mendelejev
Waterstof bevindt zich in groep I, hoofdsubgroep, periode 1 van het Periodiek Systeem
Waterstofvalentie in verbindingen - I
Waterstof Kleurloos gas, geur- en smaakloos, praktisch onoplosbaar in water
Waterstof- het lichtste gas
Vloeibare en vaste waterstof wordt geproduceerd bij lage temperaturen
Waterstof kan oplossen in metalen
Waterstoftoepassingen zijn gevarieerd

Het neemt de eerste plaats in in het periodiek systeem van chemische elementen van Mendelejev en wordt aangeduid met het symbool H.

Waterstof is het kleinste en meest voorkomende element in het heelal. Het is goed voor ongeveer 88,6% van alle atomen. Het is dus het hoofdbestanddeel van sterren en interstellair gas.

BIJ grote hoeveelheden gevonden in sterren en gasreuzenplaneten. Het speelt een sleutelrol in de fusiereacties die plaatsvinden in sterren.

Een simpele stof waterstof - H2 - is het lichtste gas, het is 14,5 keer lichter dan lucht.

Bij kamertemperatuur en normale druk is waterstofgas smaakloos, kleurloos en geurloos.

Vrije waterstof H2 is relatief zeldzaam in terrestrische gassen, maar in de vorm van water speelt het een uitzonderlijk belangrijke rol in geochemische processen.

A. L. Lavoisier gaf waterstof de naam hydrogène (van het oude Griekse ὕδωρ - "water" en γεννάω - "Ik geef geboorte") - "water baren". De Russische naam "waterstof" werd in 1824 voorgesteld door de chemicus M.F. Solovyov - naar analogie met "zuurstof" door M.V. Lomonosov

Anno 2007: Moleculaire waterstof heeft een hoog therapeutisch potentieel voor het menselijk lichaam.

geneest het lichaam op celniveau, verhoogt de immuniteit en vitaliteit van het lichaam, heeft een preventieve en curatieve werking op een breed scala aan ziekten, waaronder chronische, verjongt het lichaam en voorkomt vroegtijdige veroudering.

Tot op heden zijn er meer dan 600 wetenschappelijke en medische artikelen geschreven over de voordelen van waterstof voor het menselijk lichaam.

De meest eenvoudige en effectieve methode: het gebruik van waterstof voor therapeutische en profylactische doeleinden - in de vorm.

nuttig en veilig voor mensen van elke leeftijd en heeft geen bijwerkingen. Het is neutraal of licht alkalisch en zeer negatief, waardoor het een ideale drank is voor menselijke consumptie.

Met een kleine massa hebben waterstofmoleculen een hoge diffusiesnelheid en dringen ze door in alle cellen en weefsels van het menselijk lichaam.

Waterstof is het krachtigst. Als gevolg van de verwijdering van schadelijke stoffen door waterstof wordt water gevormd in het menselijk lichaam. Andere antioxidanten vormen in een vergelijkbare reactie schadelijke bijproducten.

Waterstof is een van de twee elementen waaruit (H2O) bestaat. Elk watermolecuul bevat twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.

Om de concentratie van moleculaire waterstof in water te verhogen, wordt de methode gebruikt, d.w.z. ontleding van water in waterstof en zuurstof onder invloed van gelijkstroom. Dergelijk water wordt genezend, heeft therapeutisch potentieel. Bestaat al, thuis.

Onder druk en bij extreme kou (-252,87 graden Celsius) wordt waterstof vloeibaar. Waterstof die in deze toestand is opgeslagen, neemt minder ruimte dan in zijn "normale" gasvorm. Vloeibare waterstof wordt onder meer gebruikt als raketbrandstof.

Bij ultrahoge druk verandert het in een vaste toestand en wordt het metallische waterstof. In deze richting wordt onderzoek gedaan.

Waterstof wordt gebruikt als alternatieve brandstof voor transport. De chemische energie van waterstof komt vrij wanneer het wordt verbrand op een manier die vergelijkbaar is met die van traditionele verbrandingsmotoren. Op basis hiervan worden ook brandstofcellen gemaakt, waarbij water en elektriciteit worden opgewekt door de implementatie van: chemische reactie waterstof met zuurstof.

Waterstof is geregistreerd als levensmiddelenadditief E949 (verpakkingsgas, klasse "Overig"). Opgenomen in de lijst van levensmiddelenadditieven die aanvaardbaar zijn voor gebruik in de voedingsindustrie Russische Federatie als hulpmiddel bij de voedselproductie.

Lees het artikel en bezoek de site www.h2miraclewater-russia.ru voor meer informatie over waterstofmachines en waterstofwater.