ВОДЕНЬ

ВОДЕНЬ (лат. Hydrogenium < грец. hydor — вода + genоs — рід) (Н2) — проста речовина, яка складається з двох атомів Гідрогену. Гідроген — елемент І групи першого періоду періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва, порядковий номер 1, атм. м. 1,00797. В. відкритий Г. Кавендішем у 1766 р., який встановив властивості, визначив відмінність В. від інших газів і назвав його горючим повітрям.

Загальний вміст В. у земній корі (літосфері та гідросфері) становить близько 1% за масою, а за числом атомів — 16%. Гідроген один із найпоширеніших елементів не лише на нашій планеті, але й у Всесвіті. У Космосі його вміст сягає 90%. У вигляді плазми В. становить майже половину маси Сонця, є основною складовою планет Сатурна та Юпітера. У природі В. зустрічається у вигляді сполук і досить рідко — у вільному стані (у вулканічних і природних газах, а також входить до складу повітря, нафти, вугілля, органічних речовин, глини, а також речовин, з яких складаються рослинні та тваринні організми. Він є складовою частиною всіх біологічних рідин, білків, амінокислот, вітамінів, гормонів тощо. Роль В. та його сполук дуже велика. З деякими елементами Гідроген утворює водневий зв’язок, який зумовлює властивості багатьох органічних та неорганічних сполук. Гідроген утворює внутрішньомолекулярні водневі зв’язки у білках, нуклеїнових кислотах. У молекулах білка виникає багато сотень водневих зв’язків, які скручують молекули і надають їм значної міцності. Іон Н+ (точніше Н3О+) зумовлює кислотні властивості так званих протонних кислот. Найпоширенішим із лабораторних способів одержання В. є його виділення з розчинів розведених сульфатної чи хлоридної кислот дією на них активних металів (Zn, Fe, Mn, Al): Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2—. Взаємодією амфотерних металів або силіцію з водними розчинами лугів:

2Al + 6NaOH + 6H2O =
2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑;

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑.

У промисловості В. одержують паровою конверсією метану чи легких вуглеводнів нафти над нікелевим каталізатором при температурі 800–850 °С: CH4 + H2O D CO + 3H2–↑;

потім у окремому реакторі при 300–350 °С монооксид карбону відновлює воду над залізним та мідним каталізатором: CO + H2O 2arrow-small.eps CO2 + H2, а також газифікацією твердого палива шляхом взаємодії водяної пари з розжареним вугіллям: C + H2O = CO + H2. В. може бути одержаний як побічний продукт при виробництві хлору і гідроксидів лужних металів електролізом розчинів їх хлоридів.

За звичайних умов В. — безбарвний газ без смаку та запаху. З усіх відомих газів він найлегший: у 14,32 раза легший за повітря (за звичайних умов маса 1 л Н2 становить 0,089 г). Малорозчинний у воді (2 об’єми Н2 у 100 об’ємах Н2О), краще — в органічних розчинниках і добре розчиняється у багатьох металах (Ni, Pt, Pd), найкраще розчиняється в паладії (850 об’ємів Н2 у 100 об’ємах Pd). Tпл=259,1 °С, Tкип=252,6 °С. Внаслідок міцності молекули Н2дис=436 кДж/моль) В. має невисоку хімічну активність і реагує лише з найактивнішими неметалами: фтором, а при опромінюванні — з хлором. Активність В. зростає з підвищенням температури. При нагріванні він реагує з багатьма речовинами: киснем, бромом, йодом, сіркою та іншими неметалами, в реакціях з якими В. відіграє роль відновника і окиснюється до Н+: 2H2+O2 = 2H2O;

H2 + S = H2S;

N2 + 3H2 = 2NH3.

Реагує В. безпосередньо з лужними, лужно-земельними металами та іншими, виявляючи при цьому властивості окисника. Продукти такої взаємодії мають назву гідридів. Гідроген у них виявляє ступінь окиснення –1 (N+aH, C+2aH12). В. реагує з чистим карбоном з утворенням метану:

C + 2H2 = CH4;

із ненасиченими вуглеводнями (реакція гідрогенізації): CnH2n + H2 → CnH2n+2, а також з оксидами (Fe3O4,FeO, CuO, WO3 тощо), відновлюючи їх до металів:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O.

Значно вищу активність порівняно з молекулярним В. виявляє атомарний В. Його добувають пропусканням Н2 через зону тихого електричного розряду, при термічному розкладі у вольтовій дузі, при дії металів на кислоти і воду в момент утворення (instatu nascenti). Атомарний В. при звичайній температурі реагує з азотом, фосфором, сіркою, арсеном, а з киснем утворює пероксид водню Н2О2 (див. Пероксид водню).

У великих кількостях В. використовують у хімічній промисловості для одержання аміаку, хлориду гідрогену, у виробництві метилового та інших спиртів, синтетичного бензину. Реакцією гідрогенізації олій одержують маргарин, мила. Гідроген як відновник використовують у фармацевтичному та токсикологічному аналізі. На відновленні атомарним воднем сполук арсену базується реакція Марша — якісна реакція виявлення сполук арсену:

As2O3 + 12[H] → 2AsH3 + 3H2O;

2AsH3 →tо 2As + 3H2.

Чорний блискучий наліт

Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. — М., 1988; Реми Г. Курс неорганической химии. — М., 1988. — Т. 1.