Билет № 14. 1. Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы

1. Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы. Физические и химические свойства водорода, получение и применение.

Водород находится в 1-м периоде, I группе, главной (А) подгруппе. Химический знак водорода обычно проставляют и в VII группе.

Это связано с тем, что ядро атома водорода представляет из себя протон (элементарную частицу), заряд его равен +1. Электронная оболочка имеет один уровень, на котором расположен один электрон. Водород, как и металлы I группы, легко окисляется. Валентность водорода равна I.

В то же время водороду недостает только одного электрона, чтобы заполнить внешний электронный уровень (т.к. на I уровне может разместиться только 2 электрона). В этом он сходен с галогенами. Водород-простое вещество, как и галогены, является неметаллом. Поэтому химический знак водорода помещают также в VII группу.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.

Водород – газ, без цвета и запаха, легче воздуха. Растворимость в воде очень мала.

Химические свойства:

1. Водород горит, образуется вода; смесь водорода с воздухом сгорает со взрывом:
   2H₂ + O₂ = 2H₂O
2. Водород продолжает гореть в атмосфере хлора (т.е. реагирует с хлором при нагревании), образуется хлороводород:
   H₂ + Cl₂ = 2HCl
   Сходным образом протекают реакции со многими неметаллами.
3. Водород восстанавливает металлы из их оксидов:
   H₂ + CuO = Cu + H₂O
   В этих трех реакциях водород является восстановителем.

Водород может выступать в роли окислителя при нагревании со щелочными металлами:
2Na + H₂ = 2NaH (образуется гидрид натрия)

В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Водород собирают в сосуд, перевернутый кверху дном.

Чтобы проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает со звонким хлопком. Если водород смешан с воздухом, сгорает со взрывом.

Водород можно получить взаимодействием натрия, кальция с водой:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

При отсутствии этих реактивов практикуется получение водорода взаимодействием алюминиевой стружки и воды (с добавлением щелочи, чтобы разрушить оксидную пленку).

В промышленности водород получают при разложении природного газа.

Перспективным считается получение водорода при разложении воды электрическим током, но этот метод дорого обходится из-за больших затрат электроэнергии.

Применение водорода:

1. Синтез аммиака NH₃ (производство азотной кислоты и азотных удобрений), соляной кислоты
2. Получение металлов высокой чистоты (например, порошка железа для школьной химической лаборатории)
3. Газовая резка и сварка металлов

Водород считается перспективным экологически чистым топливом для автомобильного и воздушного транспорта. Запасы нефти и газа на Земле исчерпаемы, а водород можно получать из воды.