Водород и его соединения

Водород и его соединения

Водород ("рождающий воду") был открыт английским ученым Г. Кавендишем в 1766 году. Это самый простой элемент в природе - атом водорода имеет ядро и один электрон, наверное, по этой причине водород является самым распространенным элементом во Вселенной. Несмотря на свою "простоту", водород дает энергию всем живым существам на Земле - на Солнце идет непрерывная термоядерная реакция в ходе которой из четырех атомов водорода образуется один атом гелия, данный процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии.

В земной коре массовая доля водорода составляет всего 0,15%. Между тем, подавляющее число (95%) всех известных на Земле химических веществ содержат один или несколько атомов водорода.

Водород имеет много общего, как с щелочными металлами, так и с галогенами. Атом водорода, как и атомы щелочных металлов, может окисляться, превращаясь в катион H+. С другой стороны, как и галогены, атом водорода может присоединять 1 электрон, проявляя свойства восстановителя, превращаясь в гидрид-ион H-.

Строение атома водорода проще не придумаешь - вокруг ядра, состоящего из одного протона (заряд +1), вращается по единственной s-орбитали один электрон.

В соединениях с неметаллами (HCl, H2O, CH4...) водород отдает свой единственный электрон более электроотрицательным элементам, проявляя степень окисления +1, образуя только ковалентные связи. В соединениях с металлами (NaH, CaH2...) водород, наоборот, принимает на свою единственную s-орбиталь еще один электрон, пытаясь, таким образом, завершить свой электронный слой, проявляя степень окисления -1, образуя чаще ионную связь, т. к. разность в электроотрицательности атома водорода и атома металла может быть достаточно большой.

В газообразном состоянии водород находится в виде двухатомных молекул, образуя неполярную ковалентную связь.

Молекулы водорода обладают:

• большой подвижностью;
• большой прочностью;
• малой поляризуемостью;
• малыми размерами и массой.

Свойства газа водорода:

• самый легкий в природе газ, без цвета и запаха;
• плохо растворяется в воде и органических растворителях;
• в незначительных кол-вах растворяется в жидких и твердых металлах (особенно в платине и палладии);
• трудно поддается сжижению (по причине своей малой поляризуемости);
• обладает самой высокой теплопроводностью из всех известных газов;
• при нагревании реагирует со многими неметаллами, проявляя свойства восстановителя;
• при комнатной температуре реагирует со фтором (происходит взрыв): H2 + F2 = 2HF;
• с металлами реагирует с образованием гидридов, проявляя окислительные свойства: H2 + Ca = CaH2;

В соединениях водород гораздо сильнее проявляет свои восстановительные свойства, чем окислительные. Водород является самым сильным восстановителем после угля, алюминия и кальция. Восстановительные свойства водорода широко используются в промышленности для получения металлов и неметаллов (простых веществ) из оксидов и галлидов.

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O