Водород
1s¹ · 1
Самый лёгкий и самый распространённый элемент во Вселенной: на водород приходится около трёх четвертей всей барионной массы. На Земле он почти не встречается в свободном виде — слишком лёгок, чтобы удержаться в атмосфере, — зато связан в воде и в каждом органическом соединении.
3D-модель
Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.
Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб
Атомные свойства
- Атомный номер
- 1
- Атомная масса
- 1.008 а.е.м.
- Электронная конфигурация
- 1s¹
- Электроны по оболочкам
- 1
- Блок
- s-блок
- Группа
- Щелочные металлы
- Период
- 1
- Электроотрицательность (Полинг)
- 2.2
- Электроотрицательность (Аллен)
- 2.3
- Атомный радиус
- 53 pm
- Ковалентный радиус
- 31 pm
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 120 pm
- 1-я энергия ионизации
- 1 312 kJ/mol
- Сродство к электрону
- 72.8 kJ/mol
- Характерные степени окисления
- +1
- Степени окисления
- -1, +1
Физические свойства
- Состояние при 25 °C
- газ
- Плотность
- 8.988·10⁻⁵ g/cm³
- Температура плавления
- 13.99 K · -259.2 °C
- Температура кипения
- 20.27 K · -252.9 °C
- Скорость звука
- 1 310 m/s
Тепловые свойства
- Теплота плавления
- 0.117 kJ/mol
- Теплота испарения
- 0.904 kJ/mol
- Удельная теплоёмкость
- 14.304 J/(g·K)
- Теплопроводность
- 0.1805 W/(m·K)
Механические свойства
- Модуль Юнга
- нет данных
- Модуль сдвига
- нет данных
- Модуль объёмного сжатия
- нет данных
- Коэффициент Пуассона
- нет данных
- Твёрдость по Моосу
- нет данных
- Твёрдость по Бринеллю
- нет данных
Электрические и магнитные свойства
- Удельное сопротивление
- нет данных
- Магнитный тип
- диамагнетик
- Точка Кюри
- нет данных
- Точка Нееля
- нет данных
- Температура сверхпроводимости
- нет данных
Кристаллическая структура
- Кристаллическая решётка
- гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
- Параметры решётки
- a = 470 pm · c = 340 pm
Распространённость
- В земной коре
- 1 400 mg/kg
- В океане
- 108 000 mg/L
- Во Вселенной
- 7.5·10⁸ mg/kg
- В теле человека
- 100 000 mg/kg
Изотопы
| Изотоп | Распространённость | Период полураспада | Тип распада |
|---|---|---|---|
| 1H | 99.986 % | стабилен | — |
| 2H | 0.0145 % | стабилен | — |
| 3H | — | 12.32 лет | β− |
Дейтерий (0,0145 %) стабилен и даёт «тяжёлую воду»; тритий радиоактивен с периодом полураспада 12,3 года и непрерывно образуется в атмосфере под действием космических лучей.
Открытие
- Год открытия
- 1766
- Кто открыл
- Генри Кавендиш
- Где
- Англия
- Происхождение названия
- от греческого «hydor» — вода и «genes» — рождающий: при горении даёт воду
История
Генри Кавендиш в 1766 году получил «горючий воздух», действуя кислотами на металлы, и показал, что при его горении образуется вода. Имя элементу дал Лавуазье в 1783 году, разложив и снова собрав воду из водорода и кислорода — опыт, который окончательно похоронил теорию флогистона.
Где встречается
В земной коре водород связан в воде, углеводородах и глинистых минералах. Свободный молекулярный водород в атмосфере есть лишь в следовых количествах: молекула H₂ движется настолько быстро, что постепенно улетучивается в космос.
Как получают
Промышленно — паровой конверсией метана, дающей «серый» водород вместе с углекислым газом. Электролиз воды даёт чистый водород без выбросов, если электричество безуглеродное, но пока стоит дороже.
Роль в живой природе
Водород входит примерно в 62 % всех атомов человеческого тела. Градиент концентрации протонов на мембране митохондрий — это и есть механизм, которым клетка синтезирует АТФ.
Безопасность
Смесь водорода с воздухом взрывоопасна в очень широком диапазоне концентраций — от 4 до 75 %. Пламя водорода почти невидимо при дневном свете, что делает утечки особенно коварными.
Применение
- Синтез аммиака по Габеру — Бошу: примерно половина азота в белках человечества прошла через этот процесс
- Гидрокрекинг и обессеривание нефти на НПЗ
- Топливные элементы и водородный транспорт
- Восстановительная атмосфера в металлургии и производстве полупроводников
- Жидкий водород как ракетное топливо в паре с жидким кислородом
Любопытные факты
- Водород — единственный элемент, три изотопа которого имеют собственные имена: протий, дейтерий и тритий.
- Металлический водород под давлением в миллионы атмосфер, предположительно, составляет ядра Юпитера и Сатурна.
- В межзвёздном пространстве атомарный водород излучает на длине волны 21 см — по этой линии составлена карта нашей Галактики.
- Атом водорода — единственный, для которого уравнение Шрёдингера решается точно; все остальные орбитали в этом разделе — приближения по его образцу.
- Дирижабль «Гинденбург» был наполнен водородом, потому что США отказались продавать Германии гелий.