Почему водород - #1 среди химических элементов? Как минимум потому, что он составляет около 75% массы всей видимой вселенной. Как максимум потому, что является основой жизни на Земле.
Водород - это легкий, бесцветный газ без вкуса и запаха. Открытие этого элемента случилось еще на самом начальном этапе развития химии как науки. Исследованием свойств этого газа занимались Парацельс, Р. Бойль и другие ученые, называя его «горючим воздухом» (теория флогистона). Во второй половине 18 века (1766 г.) английский ученый Г. Кавендиш заметил, что водород при сгорании на воздухе образует воду. Г. Кавендиша считают первооткрывателем водорода. Позже Лавуазье, занимавшийся в 1779 году исследованием состава воды путем ее синтеза и разложения, назвал водород Hydrogine (гидроген), или Hydrogene (гидрожен).
В частности, Кавендиш обнаружил, что водород — необычайно легкий газ, в 14 раз легче воздуха. Это и положило начало использованию водорода в воздухоплавании. Сначала это были воздушные шары, затем - дирижабли. Однако после печально известной участи «Гинденбурга» использование дирижаблей на водороде прекратили.
При сгорании водорода в чистом кислороде развивается температура около 2800°C - такое пламя легко плавит кварц и большинство металлов. Но с помощью этого газа можно достичь и более высоких температур, например, используя атомно-водородную горелку. Ее принцип основан на диссоциации молекул водорода над пламенем вольтовой дуги, в процессе чего отдельные атомы поглощают большое количество энергии. При дальнейшем соприкосновении атомарного потока водорода с твердой поверхностью ее температура повышается до 3500-4000°C. С помощью такой технологии можно обрабатывать даже самые тугоплавкие металлы.
Водород сыграл не последнюю роль и в истории развития науки. В 1913 году Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, объяснившие на основе квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущность закона периодичности. И теория Бора была признана , помимо прочего, еще и потому, что рассчитанный на ее основе спектр водорода полностью совпадал с наблюдаемым.
Как и у любого элемента из таблицы Менделеева, у водорода существуют свои изотопы - атомы того же вида, но имеющие разную массу. Зафиксировано существование всего семи изотопов водорода, однако, в природе в относительно стабильном состоянии существуют только три - протий, дейтерий и тритий. Распространены они неодинаково: один атом дейтерия (2H) приходится на 7000, а один атом радиоактивного трития (3Н) - на миллиард миллиардов атомов протия (1Н).
Слова "дейтерий" и "тритий" напоминают нам о том, что сегодня человек обладает мощнейшим источником энергии, высвобождающимся при ядерной реакции между тяжелыми изотопами водорода. Эта реакция начинается при 10 млн. градусов Цельсия и протекает за ничтожные доли секунды в результате термоядерного взрыва. Подобные процессы, но медленные и стабильные протекают на Солнце, вот только Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба - смерть.
Кроме известных изотопов у водорода имеются и другие разновидности. Так при нормальных условия молекулярный водород представляет собой смесь двух изомеров - орто- и параводорода, которые отличаются ориентацией магнитных моментов ядер составляющих их атомов. Эти изомеры отличаются не только магнитными, но и физическими, и химическими свойствами.
Наверняка многие слышали и о металлическом водороде. Так, при огромных давлениях порядка 3 млн. атмосфер газообразный водород переходит в металлическое состояние. Подобные процессы происходят в ядрах газовых гигантов, например, Юпитере.
В течение многих лет ученые ищут практически применимый способ создания металлического водорода синтетическим путем из-за заманчивых перспектив его применения в электронике и в качестве легкого и энергоемкого ракетного топлива. Этот металл обладает сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре, а самое главное — является метастабильным, то есть остается в твердом состоянии после возвращения к нормальному давлению.
Разумеется, эта статья не охватывает и половины всех интересных фактов о водороде. Возможно вы тоже знаете о самом простом и самом важном химическом элементе что-то интересное?
#химия #интересные факты #наука #научпоп #школьная программа
