Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Водород

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Элемент

Водород

Латинское название

Hydrogenium

Обозначение

1H

Изотопное название

Протий (H)

Процентное содержание

99%

Порядковый номер

1

Период/группа

1/IА

Серия

неметалл

Атомная масса

1,00794

Атомный радиус

0,53 Å

Атомный объём

14,4 см3/моль

Ковалентный радиус

0,32 Å

Электронное строение

1s1

Степени окисления

+1 –1

Потенциалы ионизации

13,595 эВ

Высший оксид

H2O

Содержание в земной коре и гидросфере

1%

Содержание в массе Солнца

∼50%

Изотопы

2H

Дейтерий (D)

Процентное содержание

0,012 – 0,016%

3H

Тритий (T)

Процентное содержание

∼10-6%

Вещество

Молекулярная формула

H2

Температура плавления

−255,34°C

Теплота плавления

117 Дж/моль

Температура кипения

−252,87°C

Теплота испарения

904 Дж/моль

при 0°C

Агрегатное состояние

газ

Плотность

0,008987 кг/м3

Цвет

бесцветный

Вкус, Запах

нет

Удельная теплоёмкость

14,267 Дж/(моль·K)

Теплопроводность

0,1815 Вт/(м·K)

при −252,8°C

Агрегатное состояние

жидкость

Плотность

70,8 кг/м3

при −262°C

Агрегатное состояние

твердое тело

Плотность

80,8 кг/м3

Кристаллическая решётка

гексагональная

Период решётки

3,750 Å

Отношение c/a решётки

1,731

Температура Дебая

110 K

Открыл

Генри Кавендиш в 1766 (Англия)

Модель атома водорода (протия).


Водоро́д

  1. химический элемент с атомным номером 1
  2. в обычных условиях бесцветный газ, без вкуса и запаха, по виду не отличающийся от воздуха.

Впервые замечен он был Парацельсом в первой половине XVI века; но только Лемери в конце XVII века отличил водород от обыкновенного воздуха, показав его горючесть. Более подробно изучил это вещество Кавендиш в прошлом столетии. Это самый легкий газ: один литр водорода при 0 °C и 760 мм давления ртутного столба весит 0,089538 г для широты 45° и при уровне моря. Плотность относительно воздуха — 0,06949, т.е. водород почти в 141/2 раз легче воздуха; благодаря этому он удерживается на некоторое время в сосуде, обращенном открытым горлом книзу, и очень быстро улетает при приведении сосуда в нормальное положение.

Физические свойства водорода[править]

Водород, подобно другим газам, следует законам Бойля–Мариотта и Гей–Люссака с отклонениями более или менее значительными. По мере возрастания давления он сжимается все менее и менее, чем следовало бы по первому закону. Коэффициент расширения вследствие нагревания вместо того, чтобы быть постоянным, как требует закон Гей-Люссака, уменьшается по мере увеличения давления. Вследствие этих отклонений от обоих законов коэффициент расширения (при постоянном давлении) не одинаков с коэффициентом (температурного изменения) упругости (при постоянном объеме); первый равен 0,003661, для температур от 0 °C до 100 °C и давления в 760 мм р. с., второй 0,003667.

До семидесятых годов, XIX века, водород вместе с некоторыми другими газами относили к числу так называемых совершенных газов, т. е. не способных принимать жидкое состояние, причем водород называли даже более чем совершенным газом, так как отклонения его от закона Бойля-Мариотта обратны с отклонениями кислорода и других газов (см. Сжимаемость газов). В настоящее время сжижены все газы, некоторые обращены даже в твердое состояние. Только водород в жидком виде требует криогенных установок для поддержания этого состояния (см. Газы сжиженные), что при современных достижениях криогеники не сложно и водород может быть сжижен, хоть и достигнуть ранее было этого очень трудно, потому, что критическая температура водорода очень низка и вычисляется не выше -174 °C (Сарро).

Водород - газ наиболее трудно сжижаемый. Растворимость его в воде в связи с этим обстоятельством очень мала: 100 объёмов воды растворяют 2 объема газа при 0 °C и 760 мм давления ртутного столба. Теплоёмкость водорода при постоянном объеме относительно воды 2,411; отношение теплоёмкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме -1,41; он теплопроводнее и электропроводнее других газов, что приводят в связь с металлическими (в химич. смысле) свойствами этого вещества. Спектр накаленного в гейслеровой трубке водорода обладает тремя яркими линиями - красной, синевато-зеленой и фиолетовой, убывающей силы; эти линии отвечают фрауенгоферовым - С, F и G.

Водород быстрее других газов проникает, диффундирует через тонкие отверстия, что совершается по закону обратной пропорциональности с корнем квадратным из плотности газа. Закон справедлив в случае очень тонкой перегородки, через которую совершается диффузия; при пористых перегородках более или менее значительной толщины диффузия не подчиняется этому закону. Подобно другим газам, водород способен проникать через каучук. Диффузия этого рода зависит от способности их поглощаться, растворяться в каучуке (Грагам); растворенный газ собственно и диффундирует. Водород проникает через некоторые металлы при возвышенной температуре и притом гораздо легче многих других газов, что находится, очевидно, в связи с его способностью соединяться с металлами (см. Водородистые металлы); через платину, например, проникает 211 см3. водорода при тех же условиях, при которых других газов проникает 0,2 см3.

Физическим свойством водорода так же, как и физическим свойством других газов, является свечение заряженных частиц в этом газе, стандартное свечение заряженных частиц в чистом водороде имеет бледно-лиловый цвет, но, часто водород может светиться красным, пурпурным, и даже коричневым цветом, что зависит от существующих примесей в водороде. В этом физическом свойстве можно заметить, что длинна волны радио-излучения водорода равна 21 сантиметру.

Заметим, что при взрыве водородной бомбы помимо поражающих факторов света и температуры, и ударной волны, происходит радио-электромагнитный импульс (излучение) на частоте водорода, и такой мощности и интенсивности, что современная электроника просто вся бы вышла из строя. Это свойство используется космологами для прослушивания Вселенной радио-телескопами, образно говоря наблюдения во Вселенной за взрывами сверхновых звёзд, когда отчетливо слышен всплеск на частоте водорода, означающий гибель звезды, а направление, удаление и массу звезды вычислить не трудно по полученным данным.

В этом направлении еще можно отметить, что 1885 году Иоганн Бальмер, швейцарский математик и физик, теоретик и практик, вывел формулу, по которой можно рассчитать длинны волн характерных линий водородного атома. Формула с необычайной точностью отмечала значения линий, и помогла Нильсу Бору в создании квантовой теории атома на базе собственных и сторонних расчетов и решений по атому водорода. И выражение формулировки Бальмера выглядит так:

{\frac  {1}{\lambda }}=R({\frac  {1}{n_{1}^{2}}}+{\frac  {1}{n_{2}^{2}}})

, где n_{1} и n_{2} – значение главного квантового числа для энергетических уровней, между которыми происходит квантовый переход, \lambda – длинна волны радио-излучения атома водорода, R – постоянная Ридберга.

Агрегатные состояния водорода[править]

К физическим свойствам любого вещества относятся их агрегатное состояние при определенных условиях. Водород имеет три основных агрегатных состояния и одно дополнительное, во-первых, водород это газ при 0 °C, во-вторых, при минус 252,8 °C водород – жидкость, и в-третьих, при минус 262 °C водород – твердое тело, и... в-четвертых, при давлении 2,5 миллиона атмосфер водород – металл. Четвертое состояние водорода выведено теоретически и с помощью наблюдений за Солнцем, но, получить металлизированный водород в земных условиях ещё никому не удавалось, из-за сложности поставленных условий для четвертого состояния водорода.

Атомная масса[править]

Химический знак водорода есть Н, от латинского названия Hydrogenium. Водород, самый удельно легкий из газов, обладает, и самым малым частичным (молекулярным) и атомным весом. Атомный вес водорода - Протия, принимается за единицу атомного веса всех прочих элементов, 1Н = 1. Молекула водорода, как и большинство газообразных простых молекул содержит два атома – Н2. Атомные веса почти всех элементов определяются в действительности относительно кислорода и потому находятся в зависимости от точности отношения атомного веса кислорода к атомному весу водорода. Это отношение, между тем, нельзя до сих пор считать строго установленным. Ввиду этого ныне вслед за Браунером выражают атомные веса относительно кислорода, принимая вес атома 16О = 16 (см. Вес атомов).

Химические отношения[править]

При обыкновенных температуре и давлении водород трудно вступает в реакции. Горение смеси водорода с кислородом, при чем образуется вода, начинается только при нагревании (около 600 °C) или при действии электрической искры; раз начавшись, реакция продолжается, пока не исчерпан материал. Водород в момент выделения из соединений (in statu nascenti), а также в присутствии пористых и порошкообразных тел, способных сгущать на своей поверхности газы, какова губчатая платина, делается способным вступать в реакции и при обыкновенной температуре. Водородное пламя бледно, но сильно накалено. Пламя делается ярким, если водород горит под сильным давлением (Франкланд). Температура водородного пламени вычисляется из различных опытных данных в 2500 °C (Девилль), даже около 2800 °C (Бунзен).

Теплота соединения водорода с кислородом при образовании молекулярного веса водяного пара, насыщающего пространство, в граммах - около 59000 калорий (см. Вода). Вследствие этого смесь водорода с кислородом, состоящая из 2 объемов первого и 1 объема второго (отношение, в котором они соединяются для образования воды), сильно взрывает при воспламенении и потому называется гремучим газом. При образовании воды происходит собственно сжатие: из 3 объемов смеси образуется 2 объема водяного пара, но вследствие громадного выделения тепла объем пара возрастает весьма значительно и крайне быстро - происходит взрыв.

Водород соединяется с хлором при обыкновенной температуре под влиянием света; с бромом, иодом, серою, селеном - при более или менее высокой температуре (около 400 °C). Под влиянием электрического разряда, проскакивающего через смесь азота и водорода, образуется аммиак, но в очень малых количествах, потому что это вещество под влиянием того же разряда и разлагается; если же образовавшийся аммиак поглотить кислотою, то вновь при пропускании искр идет образование аммиака, так что смесь 1 объема азота, 3 об. водорода и 2-х об. хлористого водорода при пропускании искр вполне превращается в нашатырь NH4Cl (Генр. С. К. Девилль). Вольтова дуга между угольными электродами, пропускаемая в атмосфере водорода, дает условия образования ацетилена С2Н2. В таких условиях с прочими элементами прямое соединение водорода пока еще не рассматривалось.

Водород восстанавливает металлы из их соединений с кислородом, серою, хлором и другими галоидами, при чем образуются водородистые соединения этих последних. Реакция в некоторых случаях обратима, и направление ее определяется присутствующими массами реагирующих веществ и их способностью диссоциировать, а также и величинами сродства. По химическим отношениям водород более похож на металл, чем на металлоид; в этом смысле вода уподобляется с основаниями, а кислоты - с солями, металл которых есть водород. Действительно, цинк, например, вытесняет медь из ее солей и водорода — из кислот (водородных солей); сам водород, но только сжатый, вытесняет металлы из солей (Н. Бекетов). Твердые кислоты, органические, например, или некоторые гидраты минеральные, при низкой температуре по виду и по многим другим свойствам нисколько не отличаются от солей.

Будучи составною частью воды, водород находится во всех гидратах; он соединяется со всеми металлоидами и со многими металлами в двойные соединения; с углеродом образует весьма большое число соединений, встречающихся в природе (нефть, скипидар, газы угольных копей и пр.), и гораздо большее - полученных в лаборатории. Формы соединений водорода наряду с формами соединений кислорода служат для характеристики групп химических элементов, образующих, как известно, так называемую периодическую систему элементов. Сам водород, обладая самым малым атомным весом, относится к I группе системы.

Важным химическим процессом является гидрогенизация, когда обогащают водородом природные горючие ископаемые, такие как уголь и сланцы, и продукты гидрогенизации позволяют получить ценные жидкие продукты, как топлива, масла и прочее. Так же используется и гидроочистка, когда с помощью водорода происходит облагораживание моторных топлив нефтяного происхождения, в частности керосина до авиационного керосина, как топлива для всех реактивных лайнеров.

Водород в органической химии[править]

Если взять аммиак, который плавится при температуре минус 77,7 °C, взять фтористый водород с температурой плавления минус 92,3 °C, сероводород с температурой плавления минус 82,9 °C, селенистый водород с температурой плавления минус 64 °C, и воду. Температуру плавления которой можно выразить из всей цепочки, как минус 85 °C, но, в действительности температура плавления воды, как льда, на сотню градусов выше, что происходит из-за водородной связи. Водородные связи лежат в основе самых важных процессов жизнедеятельности, почему в органической химии, в живой природе атом водорода просто незаменим, потому, что в составе любой органики обязательно фигурирует водород.

Физически-химические свойства водорода[править]

Когда в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев создал периодическую таблицу химических элементов, он опирался на основу атомного веса, как фундаментальную их характеристику. И основой послужил атомный вес водорода, и атомные веса периодического соотношения всех элементов к водороду. Водород сыграл значимую роль в периодическом законе Менделеева, когда никто не мог ни подтвердить и ни опровергнуть, и только в 1913 году Нильс Бор сформулировал свои постулаты, объясняющие на основе квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущность закона периодичности. И теория Нильса Бора была признана лишь потому, что рассчитанный на её основе спектр водорода полностью совпал с действительностью.

Солнце наполовину состоит из водорода. Всего на Солнце обнаружено 69 химических элементов, но водород преобладает в процентном содержании средь них. Солнцем водород расходуется на производство энергии, и в ходе термоядерных процессов из водорода образуется более тяжелые химические элементы, а ускоренные частицы, фотоны, протоны, нейтроны и прочие, выбрасываются в пространство. Хоть и люди в древности обожествляли Солнце, потому, что само существование, урожайность и погода, и многие проблемы планеты Земля связанны с Солнцем, сегодня, при научных исследованиях только это подтверждается. И всё это потому, что Солнце каждую секунду излучает в пространство энергию, а эта энергия выделяется в ходе слияния ядер водорода в ядро гелия, эта реакция идёт в несколько стадий и записывается уравнением:

411Н+42Нe2+ + 2e+ + 26,7 МэВ

Чтобы сравнить эту реакцию, можно заметить, что при слиянии, образно говоря сгорании одного грамма водорода в ходе этой реакции, выделяется энергии в 20 х 106 раз больше, чем выделяется энергии при сгорании одного грамма каменного угля. В земных условиях такую реакцию никто не создавал и не наблюдал, потому, что она происходит только при температуре и давлении существующих только в недрах звёзд, но, если создать условия для протекания данной реакции, с меньшим давлением и температурой, это будет переход на новый уровень энергетики.

Еще в начале XX века, Константин Эдуардович Циолковский сформировал основы ракетостроения, как и использование жидкого водорода и кислорода для покорения космоса, что и является эффективным ракетным топливом в ракетостроении с максимальным удельным импульсом. Благодаря чему ракетная техника достигла не только высоких орбит, но и Луны, Венеры и Марса.

Так же всем известная, традиционная, числительная характеристика кислотности или щелочности раствора, величина pH – десятичный логарифм активности ионов водорода Н+ при значении грамм-ионах на литр воды, и взятый со знаком минус, изменяется при температуре в высшем оксиде водорода – воде. Для чистой воды при комнатной температуре pH = 7, но с повышением температуры диссоциация водных молекул увеличивается, и при 100 °C величина pH воды – 6, а при температуре ниже 20 °C – выше 7.

Распространение в природе[править]

В природе свободный водород встречается крайне редко, именно в газах фумаролл в Исландии, в Тоскане. В виде соединений водород очень распространен. Он составляет 1/9 ч. по весу воды; вместе с углеродом, азотом и кислородом он является непременною составною частью всего организованного.

В природе водород распространен в виде высшего оксида – воды, а вода бывает нескольких «видов», обычная или протиевая – Н2О, тяжелая или дейтериевая – D2O, и сверхтяжелая или тритиевая – Т2О, но её в природе почти нет. Есть предположение, что на планете Земля возможны такие природные ситуации, когда тяжелая и обычная вода на какое-то время отделяются одна от другой – D2O из рассеянного, «растворенного» состояния, переходит в концентрированное. Хотя пока нет однозначного ответа относительно концентрации D2O, и никто из исследователей этим вопросом не занимался. Известно только, что физико-химические свойства D2O совсем иные, чем у Н2O – стандартной воды. Температура кипения тяжелой воды (D2O) равна +101,4°С, а замерзает она при +3,81°С, а её плотность на 10 процентов больше, чем у обычной воды (Н2O).

Просхождение, получение и очищение водорода[править]

Водород самый распространенный элемент во Вселенной, и это говорит не только о наличии водорода, а о том, что водород был первым элементом во Вселенной. Дело в том, что при образовании Вселенной в наличии были только электроны, и об образовании водорода 1Н (Протия) не могло быть и речи, но, как Вселенная была наполнена водородом, даёт ответ изотоп водорода Н1 – позитроний (Ps). Позитроний, это самый легкий водородоподобный элемент, содержащий электрон и вместо протона более лёгкую положительную частицу – позитрон. Атом водородного атома Позитрония легче атома Протия в 920 раз. Впервые, физик австрийского происхождения Мартин Дойч (Martin Deutsch) в 1951 году наблюдал образование позитрония и подтвердил эту величину экспериментально. Так, как позитроны находятся в составе космического излучения, их объединение с электронами в начале существования Вселенной образовывали самый легкий водород.

Но, позитроний, это самый короткоживущий атом водорода, длительность его существования равна 1,4х10-7 секунды, но и образование позитрония при условиях насыщенности Вселенной только электронами и позитронами быстрое, так позитроний, образовываясь и распадаясь, ждал своего часа. Существует две разновидности позитрония орто- и пара-, которые различаются значениями суммарного спина позитрона и электрона, и известно, что орто-позитроний живет в тысячу раз дольше пара-позитрония. Когда разрушаются атомы позитрония, орто-позитроний испускает три гамма-кванта, а пара-позитроний при разрушении испускает два гамма-кванта. И распад позитрония сопровождается выделением энергии и позитронного излучения, почему и Вселенная определенное время была горячая. После некоторого времени существования Вселенной, начали формироваться протоны, и позитроны в образовании водорода заменялись протонами, образуя стабильный водород, как первичный и распространенный элемент во Вселенной, и Вселенная начала охлаждаться. После из водорода – Протия, образовывались более тяжелые элементы посредством всевозможных атомных игр с участием и нейтронов, как последующих частиц образовавшихся во Вселенной после протонов, и химические элементы распространялись по всей Вселенной и по месту результата атомных игр.

Водород может быть получен при разложении воды или гальваническим током, или нагреванием пара до температур диссоциации воды, при чем водород может быть отделен (Г. С.-Клер Девилль) от кислорода при помощи платиновой, а также глиняной пористой перегородки; или действием веществ, отнимающих от воды кислород. К такого рода веществам относятся:

1) щелочные металлы, действующие на воду при обыкновенной температуре весьма энергично, так что лучше употреблять их в виде амальгам, - выделение водорода идет тогда очень правильно;

2) железо и цинк при накаливании в струе пара и при обыкновенной температуре, если разлагаемая вода содержит в растворе кислоту, лучше всего серную;

3) алюминий, цинк и некоторые другие элементы при действии на крепкие растворы едких щелочей;

4) уголь при накаливании в струе водяного пара дает так называемый водяной газ, который содержит, кроме водорода (50–60%), еще окись углерода и немного углекислоты, а иногда еще метан, относительные количества меняются в зависимости от условий ведения операции.

При нагревании до 250 °C смеси едкого калия и муравьинокислого калия образуется водород, этой реакцией пользовался Пикте для получения водорода, и в последующем для сжижения водорода, полученного таким способом, при известных своих опытах сжижения постоянных газов. При пропускании гальванического тока через воду, подкисленную серной кислотой и помещенную в вольтаметре с платиновыми электродами, на отрицательном электроде выделяется водород, на положительном - кислород. Водород получается при этом чистый, если употреблять прокипяченную дистиллированную воду, подкисленную чистой серной кислотой.

В лабораториях наичаще пользуются для получения водорода действием цинка на разведенную серную кислоту. Наиболее удобный прибор для этого состоит из двух бутылей, имеющих тубусы у дна, при помощи которых они соединяются между собою посредством широкой каучуковой трубки. В одной бутыли, закрывающейся вверху пробкой, через которую пропущена газоотводная трубка с краном, помещается на дне битый фарфор, а затем - цинк, гранулированный, более чистый, или в виде обрезков листового цинка, а в другую бутыль наливается кислота (10% раствор очень удобен, потому что тогда не происходит сильного разогревания, вызывающего побочные реакции и слишком бурное выделение водорода). В кислоту вливают незначительное количество раствора медного купороса, который выделяет на цинке медь, образуя таким образом гальваническую пару, что способствует правильности выделения газа. Поднимая бутыль с кислотой выше или ниже, получают давление внутри прибора, нужное для того, чтобы газ мог выходить через газоотводную трубку, а при помощи крана регулируют быстроту тока водорода. Получение водорода на примере цинка и серной кислоты и выглядит так:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

В начале операции выделяется водород, смешанный с воздухом, который был в приборе, а потому должно остерегаться зажигать газ в это время, дабы не последовал взрыв гремучей смеси. Собирают газ в так называемые газометры (см. это слово), предварительно наполненные водой. Водород такого приготовления обладает неприятным запахом по причине присутствия газообразных веществ, образующихся вследствие нечистоты исходных материалов. Продажный цинк содержит серу, мышьяк, фосфор, кремний. Водород в момент выделения дает газообразные соединения с этими элементами, которые и сообщают упомянутый неприятный запах. Большая часть мышьяковистого водорода происходит, однако, из кислородных соединений мышьяка, присутствующих обыкновенно в продажной серной кислоте. Свинец, содержащийся также в продажном цинке, выделяется в виде черного порошка. Употребление вместо цинка железа прибавляет к указанным примесям еще газообразные углеводороды, очищать от которых водород без инновационных технологий XXI века было довольно затруднительно.

Ввиду этого, где нужен чистый водород, предпочитают готовить его при помощи цинка, пропуская для очищения через растворы азотнокислого свинца, сернокислого серебра, едкого кали и, наконец, для сушения через концентрированную серную кислоту. Первый раствор очищает от сернистого водорода, второй от мышьяковистого и фосфористого, третий от водородистого кремния. Растворы эти помещают в вульфовы склянки или пропитывают ими прокаленную пемзу, которую помещают затем в U-образные трубки.

Но, самый чистый водород получается при помощи электролиза воды в электролизных емкостях наполненных только водой и с парой электродов в каждом отводе, с небольшим процентом серной кислоты для повышения электропроводности, или щелочи, что применяется в промышленном масштабе получения водорода, вследствие электролиза вода разделяется на водород и кислород при прохождении постоянного тока, и формула получения водорода выглядит таким образом:

2 H2O → 2 H2↑ + O2

После чего полученный водород останется только отделить от воды, осушить своеобразным и простым химическим или физическим процессом. И самое важное, что при электролизе воды выделяется только 1H - протий, а тяжелый водород 2H (D, дейтерий) остается в растворе, что очень важно для промышленного получения водорода или его изотопов.

С развитием такой сферы промышленности, как Криогеника, сегодня на криогенных установках получают чистейший водород в объеме 50 000 м3/ч, концентрируют водород до чистоты 99,9995% и хранят практически без потерь, как и прочие необходимые промышленности газы, а энергозатраты на обеспечение криогенных установок энергией с лихвой окупаются исключением дорогостоящих и не экологически чистых химических реакций и необходимого для этого оборудования. В криогенике применяют самый дешевый способ получения водорода - паровую конверсию. Когда газ, основном метан, смешивают с кислородом и водяным паром. Затем смесь газов нагревается до температуры 800–900 °C. Реакцию, которая происходит в присутствии катализаторов, что можно выразить следующим уравнением:

2СH4 + O2 + 2H2O → 2СO2 + 6H2

И полученные таким путем газы, так необходимые современной промышленности, полностью используются для её нужд.

Технические применения водорода[править]

Технические применения водорода основываются на его исключительной легкости и на способности развивать при горении большое количество тепла. Первым свойством пользуются при употреблении его для наполнения воздушных шаров, а вторым преимущественно для плавления платины и для получения так называемого друммондова света. Для получения водорода в больших количествах для воздушных шаров пользуются действием металлического железа в обрезках на разведенную серную кислоту. Аппарат, употребляющийся при этом, отличается от лабораторных существенно тем, кроме больших размеров, что в нем дана возможность прибавления нового железа по мере расходования и удаления раствора образовавшегося железного купороса без впускания в атмосферу водорода наружного воздуха (Жиффар).

Существенную роль в снарядах для нагревания при помощи водородного пламени играет особого устройства приводящая водород и кислород трубка; именно, при помощи ее смешение обоих газов совершается в узкой металлической трубке с толстыми стенками, особенно утолщающимися к концу; пламя не распространяется внутрь этой трубки, так как газовая смесь в ней всегда недостаточно нагрета, чтобы воспламениться, вследствие большой теплопроводности металла; приток водорода и кислорода регулируется особыми кранами; перед зажиганием пускают сначала водород и зажигают его, а затем постепенно открывают кран, приводящий кислород. Направляя такое пламя на кусок извести, заставляют этот последний раскаливаться до яркого свечения (друммондов свет); впуская пламя в отражательный горн из извести же, в котором находится платина, переводят ее в расплавленное состояние и потом употребляют для отливок. Вместо водорода для нагревания нередко употребляют при технических надобностях уже упомянутый водяной газ.

Водород для друммондова света, а также и для аэростатов получают еще при накаливании гашеной извести с углем; реакция совершается по уравнению:

2Са(ОН)2 + С = 2СаО + СО2 + 2Н2↑;

для удаления угольного ангидрида полученный газ пропускают над известью или над углекислыми солями, способными образовать двууглекислый соли. Водородным пламенем пользуются также для спайки металлов без припоя. Для этой цели употребляются особые свинцовые или медные, но покрытые внутри свинцом, переносные приборы, в которых водород получается при действии серной кислоты на цинк; они устроены таким образом, что, когда закрывают кран, выделяется водород, а серная кислота вытесняется им из той части прибора, где находится цинк, и образование новых количеств газа прекращается; при открывании крана - наоборот: серная кислота вытесняет водород и, придя в соприкосновение с цинком, начинает снова водород образовать; таким образом ток водорода из прибора может быть получен достаточно продолжительный и контролируемый. Спаивание без припоя необходимо для постройки свинцовых камер для заводского изготовления серной кислоты, а также для приготовления вообще свинцовых сосудов, имеющих значительное применение в химической заводской деятельности; таковы: кристаллизаторы для буры, медного купороса, квасцов; сосуды для получения хлора, фтористого водорода и т. п. Во всех этих случаях употребление припоя вредило бы прочности приборов.

Во всем этом есть зажигательный прибор незначительного размера и носит название водородного огнива, когда близ крана выпускающего водород, помещается губчатая платина, водород в соприкосновение с нею в присутствии воздуха воспламеняется, следовательно, так водородное огниво, заменяет спички, как и обыкновенное огниво или прочее зажигающее водород.

В промышленной металлургии водород применяется как восстановитель при получении железа, молибдена, вольфрама и других металлов, что широко применяется особенно в порошковой металлургии, и применяется получения чистых металлов, как и редкоземельных металлов, для нужд разных сфер промышленности. Для получения железа в промышленной металлургии, исключают устаревшие и сложные химические процессы, а используют водород для прямого восстановления железной руды, с последующей её переработкой, ускоряя тем самым процесс плавки металла и снижая расходы, и полностью выбирая необходимый металл. Таким образом, в промышленных масштабах из сырья получают чистые и необходимые промышленности металлы, которые широко используются и в электронной промышленности, радуя человека сотовыми телефонами и прочими современными электронными устройствами.

Вся спутниковая связь, все спутники запущенные когда-то в космос, все космические исследования и технологии, работающие на благо человечества, обязаны водороду, как ингредиенту ракетного топлива, той движущей силы, что заставляет запускать любые ракеты на столь значительные высоты. Хоть и сегодня вместо жидкого водорода применяется керосин высокой очистки или прочие составляющие для жидкостных ракетных двигателей, но, полученные посредством гидроочистки или другим химическим путем, что возможно только при использовании водорода. Так можно сказать, что водород и способствует всему ракетно-техническому прогрессу.

см. также[править]

Применение водорода в термоядерной реакции[править]

Дейтерий и тритий, изотопы водорода, это источники мощнейшей энергии высвобождаемой при термоядерной реакции:

21Н + 31Н → 42Нe + n0 + 17,6 МэВ

Эта реакция начинается при 10х106 °С и протекает за считанные секунды при термоядерном взрыве, выделяя гигантское количество энергии, но такую реакцию не просто провести и создать, что оберегает человечество от неминуемой гибели.

Водородную бомбу часто сравнивают с Солнцем, но на Солнце подобная реакция протекает медленно и без разрушительных последствий, поэтому, ученые пытаются понять процесс и механизм термоядерного синтеза, создать управляемый термоядерный синтез, снизить температуру термоядерного процесса слияния водорода, чтобы располагать безграничной энергией. Естественно, не обязательно использовать воду в этом процессе получения энергии, как самое дорогое сырьё и жизненно важное, а проще использовать углеводороды, которых вполне достаточно на долгие тысячелетия.

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: