ВОДОРОД, ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ПОЛУЧЕНИЕ

Это удивительное вещество легкодоступно: в любой школьной лаборатории получить его не составит труда. Например, можно подействовать соляной кислотой на цинковые стружки.

Еще в те далекие времена, когда химия не была наукой, когда алхимики колдовали над философским камнем, тогда уже были известны некоторые кислоты: серная, соляная, азотная, а также металлы — железо, цинк. Иными словами, в человеческих руках находились те вещества, взаимодействие которых порождает водород. Таких случаев было немало. Много раз исследователи наблюдали, как при действии серной кислоты на железные стружки появлялись пузырьки газа, способного воспламеняться.

Получением и описанием такого газа занимался замечательный английский ученый Генри Кавендиш. Он много раз получал его действием соляной и серной кислот на железо, цинк и олово и убедился, что во всех случаях получается один и тот же газ. Кавендиш описал его свойства, взвешивал его, но не подозревал, что имеет дело с новым химическим элементом, а, как Шееле и Пристли, считал, что это особая разновидность воздуха и называл его «горючим воздухом».

(Д.Н.Трифонов, В.Д.Трифонов   «Как были  открыты химические элементы» )

Обычно, чтобы подчеркнуть значение того или иного элемента, говорят: если бы его не было, то случилось бы то-то и то-то. Но, как правило, это всего лишь для большей убедительности. А вот водорода когда-нибудь может действительно не стать, потому что он непрерывно сгорает в недрах звезд, превращаясь в инертный гелий. И когда запасы водорода иссякнут, жизнь  во Вселенной станет невозможной — и потому, что погаснут солнца, и потому, что не станет воды.

Водород широко распространен в природе. В воде на его долю приходится 1/9 часть по массе, а еще он входит в состав природных горючих газов, нефти, живых организмов. В теле человека его около 10%. Но особенно много водорода в космических телах и межзвездном пространстве: там его в десятки и сотни раз больше, чем других элементов.

Скорость движения молекул водорода из-за их малой массы велика, поэтому водород непрерывно улетает с Земли в Космос.

ВОДОРОД  И  ЕГО ПОЛУЧЕНИЕ  В  ЛАБОРАТОРИИ

Общая характеристика

Знак — Н

Масса атома — 1 а.е.м.

Формула простого веществ – Н2

Масса молекулы — 2 а.е.м.

Во всех соединениях водород одновалентен.

Это самый легкий химический элемент и самый легкий газ. Он, как и кислород, невидим, не имеет цвета, вкуса и запаха. Но водород, в отличие от кислорода, в 14,5 раз легче воздуха. Поэтому воздушный шарик или мыльный пузырь, наполненные водородом, сразу же улетают, если их отпустить. Собирают водород в перевернутый вверх дном сосуд. Этот газ малорастворим в воде.

Для получения водорода в лаборатории нам потребуется раствор соляной кислоты и кусочки металлического цинка.  Кислоту наливаем в пробирку с цинком, закрываем ее пробкой с  газоотводной трубкой, а на трубку вверх дном наденем пробирку для водорода:

Что же происходит в этой реакции?

Атомы цинка занимают место атомов водорода в молекулах кислоты, а водород выделяется в свободном виде:

                    Zn  +  2HCl  →  ZnCl2  +  H2

Если реакция идет медленно, можно к раствору кислоты добавить немного голубого раствора сульфата меди (II).

Он ускорит реакцию, и газ будет выделяться активнее. Соберем его в перевернутую пробирку и проверим на чистоту. Для этого поднесем эту пробирку к пламени вот так:

Сразу же раздастся звук.  Если этот звук со свистом или как бы лающий — водород не чист, а смешан с воздухом, и для опытов не годится. Подождем, пока в пробирку наберется следующая порция водорода. Если он будет чистым, то при проверке издаст спокойный хлопок. Такой водород можно поджечь, и взрыва не будет.

 

Вместо соляной кислоты для получения водорода можно взять раствор серной кислоты. Тогда реакция пойдет так:

Zn  +  H2SO4    →    ZnSO4  +  H2

Можно получить водород из воды, если вместо цинка взять активный металл литий:

                       2Li  +  2H2O  →  2LiOH  +  H2

И еще два прибора для получения водорода в лаборатории:

               

Слева — аппарат Киппа, справа — прибор Кирюшкина. В них можно получать и другие газы.

 

ГЕНРИ КАВЕНДИШ

Представьте себе человека, который входит в собственную библиотеку, долго роется  в каталоге, затем  берет с полки нужную книгу и аккуратно вписывает свою фамилию в тетрадь с названиями выданных во временное пользование сочинений.

Именно так поступал один из прославленных ученых 18 века Генри Кавендиш. Этот, пожалуй, самый большой оригинал среди ученых, был необычайно точен и педантичен и в своих исследовательских работах. Благодаря его исключительной аккуратности в его работах не могло быть ничего случайного, ничто не оставалось незамеченным. С необычайной скрупулезностью он записывал не только результат, но и мельчайшие подробности проведенных опытов. Даже ныне, в эпоху величайших открытий и научных достижений Генри Кавендиш служит примером усердия и добросовестности в исследовательской работе.

В домашней лаборатории, прекрасно оборудованной для того времени, он провел одиноко почти всю свою жизнь. Он был человеком весьма обеспеченным, унаследовал после отца немалое состояние, но деньги его мало интересовали. Он жил и одевался чрезвычайно скромно, а деньги тратил, в основном, на книги, различные пособия, аппаратуру и химикалии. Чего же достиг в работе этот удивительный человек? Много лет он занимался изучением газов. Различными способами он получил открытый им водород, стремясь доказать, что независимо от способа получения этот газ всегда имеет одно и те же особенности. Полученный водород он сжигал в воздухе и исследовал получившийся при сгорании продукт. Продуктом этим, как доказал Кавендиш, всегда оказывалась вода. То, что сегодня нам кажется вполне очевидным и понятным, для современников Кавендиша составляло полнейшую неожиданность.

Узнав, что Пристли открыл кислород, Кавендиш начал эксперименты и с этим газом. Взрывная реакция сгорания смеси водорода с кислородом едва не стоила жизни английскому ученому. Несмотря на это, он с риском для здоровья продолжал свои эксперименты, потому что непременно хотел исследовать продукт, возникающий при сгорании этой смеси. К огромному своему удивлению он убедился, что и тут продуктом оказалась вода. Одновременно он проводил анализ полученной химическим путем воды. В результате этих анализов Кавендиш впервые очень точно определил состав воды.

Изучая попутно воздействие на воздух электрической искры, он обнаружил возникновение оксидов азота. Спустя двести лет эта реакция легла в основу производства азотной кислоты.

Кавендиша очень интересовали явления, относящиеся к той области, которая в дальнейшем получила название электрохимии. При помощи самодельных приборов он сумел определить электропроводность многих металлов, морской воды и растворов различных солей. Большинства своих открытий «Кавендиш не обнародовал при жизни. Лишь через много лет после его смерти этим занялись английские ученые.»

А. и С. Сенковские «Шеренга великих химиков»

Если жидкий водород охладить до –259 С, он превращается в прозрачные кубические кристаллы голубоватого цвета, а при огромном давлении водород становится похожим на металл.

Водород легко проникает в железо и сталь, и они теряют прочность, становятся хрупкими; этот процесс получил название водородной коррозии (от латинского «корродо» — разъедать, разгрызать). Водород проникает через каучук, резину, фарфор; при высоких температурах — через стенки стеклянных и кварцевых сосудов, а при 500 С проходит сквозь сталь.

Атомы  водорода, подобно атомам кислорода, могут иметь разную массу. Так, водород с атомной массой 1 называется легким водородом, или протием,  и обозначается  1Н;

2Н — это дейтерий, или тяжелый водород, a 3H — сверхтяжелый водород, или тритий. Дейтерий имеет химический знак D , а тритий — Т. Дейтерий и тритий имеют такие же химические свойства, как и обычный водород. Но вода, образованная такими элементами — тяжелая вода D2O и сверхтяжелая вода T2O — губительна для живых организмов.

 

Была ли вам полезна эта статья? Поделитесь, пожалуйста.

Обновлено: 25.03.2019 — 06:17

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *