Свойства водорода

Физические свойства. Водород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При темпе­ратуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состоя­ние. Жидкий водород бесцветен.

Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массо­выми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.

Химические свойства. В соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерна степень окисления +1, но в гидридах металлов она равна -1. Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщен­ной пары электронов (или общего электронного облака):

Н:Н или Н₂

Благодаря этому обобщению электронов молекула Н₂ более энергети­чески устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж:

Н₂ = 2Н, ∆H° = 436 кДж/моль

Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.

Со многими неметаллами водород образует газообразные соедине­ния типа RН₄, RН₃, RН₂, RН.

Водород горит в кислороде с выделением большого количества теплоты. Температура водородно-кислородного пламени достигает 3000° С. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называется гремучим газом. При поджигании такая смесь дает силь­ный взрыв. Как при горении водорода в кислороде, так и при взрыве гремучей смеси образуется вода:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

При работе с водородом необходимо соблюдать большую осторож­ность, предварительно проверять герметичность аппаратуры, а также чистоту водорода перед его поджиганием.

При высокой температуре водород соединяется с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя белые кристаллические вещества — гидриды металлов (LiН, NaН, КН, СаН₂ и др.). В этих соединениях металл имеет положительную степень окисления, водород – отрицательную.

Гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:

СаH₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + 2Н₂↑

Повышенной реакционной способностью обладает атомный водород: при комнатной температуре он восстанавливает оксиды металлов, взаимодействует с кислородом, серой и фосфором. Горелка, работаю­щая на атомном водороде, создает температуру выше 4000°С. Высокая температура обусловлена протеканием экзотермической реакции:

Н + Н = Н₂, ∆H° = -436 кДж/моль

При нагревании водород восстанавливает многие металлы из их оксидов. Например,

CuO + H₂ = Cu + H₂O

В этой реакции водород отдает один электрон (молекула водорода — два электрона), он — восстановитель:

Н – е^— = Н⁺

Однако атом водорода может принимать один электрон (молекула — два электрона):

H + е^— = Н^—

Это происходит, например, при образовании гидридов металлов. В этом случае водород — окислитель.