В этой статье мы поговорим о самом лёгком элементе из всех, самом простом и маленьком атоме, который только может существовать. Это водород. Этот химический элемент имеет только один протон и один электрон.
В Средние века жил в Швейцарии один удивительный человек – Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм. Он никак не мог запомнить своё полное имя, которое напоминало ему имя какого-то персонажа из произведений Толкина (шутка), и поэтому выбрал себе псевдоним покороче: Парацельс. Этот человек с детства любил проводить всякие эксперименты с металлами и сильными кислотами. И даже, поговаривают, однажды на уроке химии под воздействием последних чуть не взорвал школу. Так вот. Однажды Парацельс заметил, что при определённой реакции образуются пузырьки легковоспламеняющегося газа. Хотя Теофраст Бомбаст и описал этот факт, он не придал ему большого значения. Поскольку не знал, что только что получил чистейший водород.
Пару столетий спустя эту реакцию заново открыл Роберт Бойль. Но только лишь Генри Кавендиш в 1766 году (опять же экспериментируя с веществами: ртутью и кислотами) в момент просветления сознания понял, что открыл что-то новое. И именно этот учёный сегодня считается первооткрывателем водорода. Кавендиш полагал, что кислота извлекла что-то из ртути. И что это что-то было выделившимся газом. Однако сегодня мы знаем, что учёный ошибался. Потому что водород был не в ртути, а в кислоте.
После открытия водорода Кавендиш решил покурить. Он достал из портсигара папиросу, пока никто не видит снял проклятый парик, и, присев на край табурета, чиркнул спичкой о коробок. И тут раздался оглушительный хлопок. Это взорвался водород. Кавендиш прошептал: «Так, так, так. Пф пф пф. Понятно». Он наспех натянул парик, после чего добыл еще немного водорода и поджёг его. И понял, что водород очень хорошо горит, смешиваясь с кислородом и образуя яркое пламя. На самом деле водород оказался настолько легковоспламеняющимся газом, что учёный назвал его «горючий воздух». Кавендиш также понял, что в результате сжигания водорода образуется вода.
Однако название химическому элементу дал вовсе не Кавендиш, а Лавуазье. Он на пару с Лапласом повторил опыт Кавендиша. И тоже наблюдал образование воды при сжигании полученного газа. Лавуазье больше впечатлил тот факт, что водород производил воду, чем тот факт, что он так легко горел. Поскольку этот газ был способен генерировать воду, Лавуазье и назвал его водородом. И это название сохранилось до наших дней.
Водород бесцветен, безвкусен, не имеет запаха и очень-очень лёгкий. На самом деле двухатомный водород (H2) – самый лёгкий из существующих газов. По этой причине в течение долгого времени водород применялся в воздушных шарах и дирижаблях, чтобы тяга атмосферы поднимала их вверх. Однако настал момент, когда опасность водорода из-за его горючести сделала его использование нецелесообразной (все ведь помнят тот ужас, который случился с дирижаблем Гинденбург?). Сегодня, когда подавляющее большинство авиаперевозок (до 95%!) (шутка) осуществляется с помощью дирижаблей, в них используется не водород, а гелий. Который, конечно, тяжелее водорода. Однако не вступает в реакцию ни с одним другим элементом. Поэтому не опасен.
Поскольку водород очень лёгкий, он покидает атмосферу Земли за очень короткое время. Поэтому вы, наверное, никогда не видели водород, не связанный с другими элементами. Однако при этом водород – самый распространённый элемент во Вселенной: 90% всех существующих атомов – это водород. И он является основным источником энергии, которую мы получаем от Солнца благодаря синтезу из него атомов гелия.
Протий, дейтерий и тритий – единственные изотопы, которые имеют «собственные имена» вместо обозначения атомной массы (например, уран-235). Это три природных изотопа водорода с нулём, одним и двумя нейтронами. Тритий радиоактивен (нестабилен), но два других стабильны.
Фактически, примерно один из 10 000 атомов водорода на Земле представляет собой дейтерий. Вода, содержащая дейтерий вместо протия, называется «тяжёлой водой» и используется в качестве замедлителя нейтронов на атомных электростанциях. Дейтерий может понадобиться для будущего производства электроэнергии, если управляемый термоядерный синтез станет реальностью.
Весь водород, который используется в промышленности и для других нужд, приходится добывать из какого-то сырья. В лаборатории его до сих пор производят в ходе реакции металлов с сильными кислотами (металл замещает водород в кислоте, которая становится солью, и при этом выделяется водород). В промышленных масштабах так не делают (это было бы слишком дорого), а получают водород в ходе реакции метана с водяным паром. При этом получается окись углерода и газообразный водород:
СН4 + Н2О -> СО + 3Н2
Для чего используется водород? Большая часть водорода используется для очистки нефти и производства аммиака (который используется во многих сферах, например, при производстве азотных удобрениях). Также он используется для повышения уровня насыщения некоторых растительных жиров (например, маргарина) и для производства метанола.
Кроме того, являясь отличным проводником тепла (для газа, конечно), водород используется в качестве хладагента в роторах электростанций. При очень низких температурах в жидком виде он также хорошо работает как охлаждающая жидкость.
Водород используется в качестве «накопителя энергии» в топливных элементах. Чтобы он действовал таким образом, водород отделяется, например, от воды электролизом, а затем рекомбинируется с кислородом, чтобы снова высвободить энергию и снова получилась вода:
2Н2 + О2 -> 2Н2О
В настоящее время уже находятся в эксплуатации «водородные автобусы» и даже легковые автомобили, которые используют вышеупомянутые водородные топливные элементы.
________________________________________________________________________________
Дорогой друг! Если Вы хотите поблагодарить авторов, проявляйте активность! Подписка, репост, лайк, комментарий – всё это очень просто на самом деле! И абсолютно бесплатно, кстати. Огромное спасибо!
