В прошлой статье я затронул тему разнообразия форм изотопов водорода. В этой статье поговорим о том в каких формах способен существовать водород.
Водород как простое вещество существует в виде молекул Н2. Это самый легкий газ при обычных условиях, без цвета, вкуса и запаха. Он не ядовит, дышать все же им не стоит он чрезвычайно огне и взрывоопасен и удушье от него тоже не отменяли. С химической точки зрения он очень устойчив и в химические реакции при нормальных условиях вступать не хочет. В химической промышленности реакции с водородом проводят при больших температурах и давлениях и за частую с применением катализаторов, чтобы заставить его вступать в реакции.
Существует интересный способ повысит химическую активность водорода. Это получить водород в момент выделения.
Водород в момент получения — это такой водород, который выделяется в ходе химической реакции, он еще не успел соединиться в молекулу Н2. Существует он всего мгновение в виде отдельного атома водорода. Реакции с его выделением идут при растворении металлов кислотами или реакции воды и амальгамы алюминия (сплава ртути и алюминия). Атомарный водород очень реакционноспособен за этого его очень любят химики органики. В отличие от молекулярного водорода, атомарный может вступить в реакцию с многими органическими веществами при обычных температурах и давлении.
Атомарный водород можно получить напрямую из молекулярного, но придется хорошенько его нагреть. Молекула водорода Н2 начинает распадется от 2000 градусов и выше. В органической химии эта реакция не нашла широкого применения, но вот в сварке металлов это очень даже пригодилось. На данном эффекте основанная водородная резка металлов (не путать с кислородно-водородной резкой). Принцип действия такой: в дуге электрического тока (считай в плазме) молекулярный водород распадается на атомарный. При распаде молекулы поглощается много энергии. А при обратном сливании атомов водорода в молекулу (на поверхности металла) энергия выделяется обратно. Пламя горелки настолько горячее, что плавится даже вольфрам.
В четвертом агрегатном состоянии вещества, водород может похвастаться не только своей одноатомной версией но и большим количеством других своих форм.
В плазме может существовать молекулярные ионы H2+, H2- и даже H3+. Получаются если молекула водорода поглощает или теряет электроны. В лабораториях это делают при помощи специальных трубок с пониженным давлением, воздействуя на газ высоким напряжением. В подобных ионах очень интересны связи, которые дают существовать подобным ионам. Если объяснять по-простому, то внутри таких ионов электроны и протоны постоянно играют в игру тяни-толкай. Электроны и протоны притягиваются друг к другу из-за разного заряда и в этот же момент протоны отталкиваются от протонов, а электроны от электронов. И выходит так что притягиваются они все же чуть лучше. Подобные ионы не долговечны, катион H2+ более прочен, а Н3+ менее стабилен. Также Н3+ интересен тем что имеет треугольное строение и если он поглотит 1 электрон то способен превратится в Н3 трех атомный водород или тригидроген. Н3 не способен жить долго и за считанные доли секунды разрушается.
Помимо молекулярных ионов в плазме существуют и атомарные ионы Н+,Н-.
Ион Н- называют гидрид-ионом. Это атом водорода поглотивший 1 электрон из вне. В соединениях Н- существует в основном в соединениях с металлами, например с литием LiH.
Ион Н+ его еще называют гидрон, по своей сути это - голое ядро атома водорода или протон. Поток электронов, мощное электрическое поле или ионизирующее излучение сдирает с молекулы электроны обнажая их чистые протоны.
В водных растворах кислот тоже обитает ион водорода Н+ . Это он ответственен за кислый вкус, собственно кислоту делает кислотой именно он. Кислоты легко вступают в разнообразные реакции с его участием. Например, нейтрализация кислот щелочами или растворение активных металлов в кислотах, за все эти реакции ответственен именно он.
Но подвох в том что в чистом виде в водных растворах его не существует, он связывается с молекулой воды образуя молекулу гидроксония Н3О+.
В свободном виде у водорода очень много форм в виде молекул, ионов, отдельных атомов. Некоторые живут считанные доли секунды, некоторые могут существовать века в неизменном виде. Водород в удивителен в своих формах, хотя очень прост в своем строении. Стоит только изменить привычные нам условия и вуаля. Например: в недрах планет газовых гигантов, где давление превышает миллионы атмосфер водород может существовать в форме металла! То есть не просто твердое вещество так сказать водородный лед, а именно металл с металлическим блеском и электропроводимостью. Подобный материал согласно расчетам, может оказаться метастабильным - если снять с него давление он останется в виде металла. Подобное вещество это аналог философского камня для ученых. Только всё же его получение подкреплено расчетами и возможно он будет получен.
На этом на сегодня все. Большое спасибо.