Хімічні властивості

Молекула водню складається із двох атомів. Хімічний зв'язок у молекулі водню — ковалентний неполярний, оскільки молекула утворена атомами з однаковою електронегативністю (атомами одного виду). Через спільнення електронів молекула водню енергетично стійкіша, ніж атоми водню окремо. При нормальних умовах водень мало активний. Енергія дисоціації 436 кДж/моль, тому для активації реакційних властивостей потрібна активація молекули — підвищення температури, електрична іскра, світло (витрата значної кількості енергії):
H2 →2H — 432 кДж

Властивості ізотопів
Ізотоп Z N Маса, а. о. м. Період напіврозпаду Спін Вміст у природі, % Тип та енергія розпаду
1H 1 0 1,007 825 032 07(10) стабільний 1/2+ 99,9885(70)
2H 1 1 2,014 101 777 8(4) стабільний 1+ 0,0115(70)
3H 1 2 3,016 049 277 7(25) 12,32(2) роки 1/2+ β- 18,591(1) кеВ
4H 1 3 4,027 81(11) 1,39(10)x 10-22 с 2- -n 23,48(10) МеВ
5H 1 4 5,035 31(11) понад 9,1-22с (1/2+) -nn 21,51(11) МеВ
6H 1 5 6,044 94(28) 2,90(70)-22с 2- -3n 24,27(26) МеВ
7H 1 6 7,052 75(108) 2,3(6)-23с 1/2+ -nn 23,03(101) МеВ

Взаємодія з неметалами

Найактивніше реагує з галогенами утворює галогеноводні:

  • F2 + H2 → 2HF — реакція протікає із вибухом за будь-якої температури
  • Cl2 + H2→ 2HCl — реакція протікає тільки на світлі.

При нагріванні водень зворотно взаємодіє із сіркою :

  1. S + H2 → H2S — сірководень
  2. N2 + 3H2 → 2NH3 — аміак
  3. C + 2H2 → CH4 — метан

Взаємодія із лужними та лужноземельними металами

Водень утворює із активними металами гідриди:

(гідрид натрію)
(гідрид кальцію)
(гідрид магнію)

Гідрування органічних сполук

Молекулярний водень широко застосовується в органічному синтезі для відновлення органічних сполук. Ці процеси називають реакціями гідрування. Ці реакції проводять у присутності каталізатора при підвищених тиску й температурі. Каталізатор може бути як гомогенним (напр., каталізатор Вілкінсона), так і гетерогенним (напр., нікель Ренея, паладій на вугіллі).

Так, зокрема, при каталітичному гідруванні ненасичених сполук, таких, як алкени і алкіни, утворюються насичені сполуки — алкани.

R-CH=CH-R´+H2→R-CH2-CH2-R´

Отримання

Сьогодні водень отримують головним чином (90 %) із викопних джерел. Зв'язок централізованого виробництва з депо малотоннажних автомобілів на паливних елементах потребуватиме розміщення та будівництва розподільчої інфраструктури з великим вкладенням капіталу. Одне із завдань водневої енергетики — забезпечення компактного та безпечного зберігання водню на борту транспортного засобу, з метою подовжити інтервал між заправками.

У промисловості

  1. З природного газу, що складається в основному з метану, який змішують з водяною парою та киснем і нагрівають до температури 800–900 °C в присутності каталізатора:
    • 2CH4 + O2 + 2H2O →2CO2 + 6H2
  2. Конверсія з водяною парою при 1000 °C:
    • CH4 + H2O ⇆ CO + 3H2
  3. Дією лугів на цинк або алюміній:
    • 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
    • Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2↑
  4. Гідролізом гідридів:
    • NaH + H2O → NaOH + H2↑

Методи виробництва

На Землі у звичайних природних умовах молекулярний водень майже не зустрічається. Більшість водню на Землі зв'язана з киснем у воді. Виробництво елементарного водню вимагає переробки носія водню, наприклад, викопного палива і води. Витрачаються викопні ресурси та виділяється вуглекислий газ, але найчастіше подальший вклад енергії, крім викопного палива, уже не потрібний. Розкладання води вимагає витрат електроенергії або тепла, одержаного з будь-якого первинного джерела енергії (спалення викопного палива, атомної енергії або відновлюваних джерел енергії).


Відеоматеріал про Водень

| |