ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Водород из "Курс неорганической химии" В последнее время удалось объяснить свойства элементов строением их атомов. Несмотря на то что эта область исследования, где тесно соприкасаются химия и физика, еще находится в стадии бурного развития, в ней уже достигнуто очень многое, что можно рассматривать в известном, отношении как окончательно и твердо установленные факты. Результатам, которые являются наиболее важными для химии, посвящены последующие главы. В настоящий момент уже нет сомнений в том, что многие свойства, которыми, различаются элементы, можно объяснить как непосредственное следствие строения атомов. Во всех случаях, когда из экспериментальных данных (особенно из спектроскопических) удавалось сделать непосредственное заключение о строении атомов, выяснилось, что атомы тех элементов, которые обнаруживают близкую аналогию в отношений физических и химических свойств (как это, например, в периодической системе можно сказать в отношении элементов, стоящих один под другим). Имеют также и весьма близкое строение. Тот факт, что аналогия жжду элементами периодически повторяется, является прямым следствием периодически повторяющейся аналогии в строении атомов. [c.40] В таблице периодической системы, приведенной в конце этого тома, под названиями отдельных элементов определенными символами показано строение их атомов. Значение этих символов разъясняется на стр. 146. При рассмотрении таблицы сразу же обнаруживается, что элементы, стоящие один под другим, проявляют сходство в строении атомов. Далее выясняются типичные различия в строении между элементами главных и побочных подгрупп периодической системы. Особенности строения лантанидов (появление 4/-оболочки), которые приводят к тому, что они образуют отдельное семейство, отчетливо отражаются приводимыми в таблице -символами. Такая же особенность (образование 5/-оболочки) имеет место и в случае трансурановых элементов. В дальнейшем на многочисленных примерах будет показано, как в общем химическое поведение элементов можно установить по химическому строению и как при этом правило, найденное на основании периодической системы, оказывается обусловленным закономерностями атомного строения. [c.41] Близкое ознакомление со строением атомов позволяет установить гораздо более разнообразные соотношения, чем это можно было сделать, основываясь исключительно на положении элементов в таблице периодической системы. То, что представляется исключением, если исходить только из периодической системы, следует с необходимой закономерностью из строения атомов. В дальнейшем можно убедиться, что не только обсуждавшиеся выше правильности вроде изменения валентности от одной группы к другой или закономерности изменения электрохимического характера, но и кажущиеся с первого взгляда неправильности, как, например, особое положение, занимаемое в периодической системе водородом, своеобразный распад периодической системы на периоды различной длины, поразительно тесная связь редкоземельных элементов, — в действительности являются следствием изменения строения атомов при переходе от одного элемента к другому. [c.41] Общие сведения. Водород наиболее легкий из всех элементов. По своему атомному весу и порядковому номеру он стоит в самом начале ряда химических элементов и поэтому занимает первое место в периодической системе. В строгом смысле слова его не удается отнести к какой-нибудь определенной группе периодической системы. Его особое положение в периодической системе вызвано тем, что своеобразный первый период системы содержит только два элемента — водород и гелий, а не так как остальные периоды — 8 и больше элементов. Таким образом, водород объединяет признаки первой и предпоследней VII) групп. Однако существует большое различие в его отношении к элементам главных подгрупп I и VII групп, т. е. к щелочным металлам и галогенам. Химические свойства, которыми он напоминает щелочные металлы (за исключением его валентности), обусловлены совсем другими обстоятельствами, чем у щелочных металлов. Напротив, свойства, которые определяют его сродство с галогенами, у водорода объясняются теми же причинами, что и у галогенов. Поэтому водород можно кратко характеризовать следующим образом водород — это галоген, который вследствие своего особого положения в качестве первого члена в общем ряду элементов проявляет в химическом отношении некоторое внешнее сходство со щелочными металлами. [c.42] При особом рассмотрении водорода нельзя не обратить внимания на его исключительное сходство с галогенами. Несмотря на некоторые различия, он обладает рядом характерных, общих с галогенами свойств. Так же как и галогены, он является неметаллом и, так же как и последние, в элементарном состоянии образует двухатомные молекулы. В этих молекулах, как в случае галогенов, так и в случае водорода, атомы связаны простой связью. Работа, необходимая для разложения молекул на атомы, постепенно убывает в ряду Н—С1—Вг—Р—I. Так же как галогены, водород может выступать в качестве электроотрицательного иона, т. е. водород аналогично галогенам обладает сродством к электрону. Последнее означает, что в случае присоединения одного электрона к нейтральному атому Н, выделяется энергия. Так же как водород, галогены в соединениях, где они отрицательно заряжены, исключительно одновалентны. Соединения водорода с металлами, в которых водород является электроотрицательной составной частью по строению и характеру связи, соответствуют аналогичным соединениям галогенов. По своему строению эти вещества подобны солям, и поэтому водород в полном смысле слова можно считать солеобразователем . Точно также и работа, которая должна быть затрачена, чтобы получить положительно заряженный водород, т. е. атом водорода с отщепленным электроном, является отнюдь не меньшей, чем у галогенов (за исключением фтора). В этом можно убедиться, сравнив ионизационные потенциалы (см. стр. 140). [c.42] Ранее водород помещали в главную подгруппу первой группы периодической системы вместе со щелочными металлами вследствие его одновалентности и сильно электроположительного характера, проявляющегося в значительной восстановитель-яой способности. Щелочные металлы, так же как и водород, имеют во внешней оболочке тома только один электрон. Поэтому они дают спектры, аналогичные водороду (см. гл. 6). Они могут быть, как и водород, только одновалентными, но в отличие от него — исключительно электроположительными. Однако щелочные металлы и водород имеют мало общего, кроме одноположительной валентности. Не говоря уже о том, что водород не является металлом, а представляет собой элемент, обладающий в отличие от щелочных металлов способностью заряжаться отрицательно, следует также отметить, что он значительно отличается от щелочных металлов и своим электроположительным характером. У щелочных металлов по сравнению со всеми остальными металлами наи- более сильно выражен электроположительный характер. Они имеют самые низкие из всех элементов ионизационные потенциалы и находятся левее всех в ряду напряжения (см. стр. 51). Водород же в этом ряду находится значительно правее и имеет даже более высокий ионизационный потенциал, чем благородные металлы. То, что он стоит левее их в ряду напряжения, следует приписать только более высокой энергии его гидратации, т. е. совершенно иной причине, нежели та, лю которой щелочные металлы находятся в начале ряда напряжений. Исключительно малый радиус электроположительного иона водорода (в негидратированном состоянии) также резко отличает его от ионов щелочных металлов, которые имеют наибольшие радиусы из всех положительных ионов. Таким образом, помещение водорода в подгруппу щелочных металлов при современном состоянии науки не оправдано. [c.43] Распространение в природе. Входя в состав воды и других соединений, водород очень распространен в природе. Его доля участия в строении земной коры (включая гидросферу и атмосферу) оценивается в 0,88 вес. %, или 15,5 ат. %. В свободном состоянии вблизи земной поверхности он встречается редко . Как случайная составная часть он иногда выделяется в смеси с другими газами при извержении вулканов, находится среди газообразных продуктов выделения фумарол, а также присутствует в небольших количествах в виде включений в калийных солях. Наоборот, атмосфера на очень большой высоте (более, 100 км) состоит главным образом из водорода. Кроме того, он присутствует в больших количествах на солнце и на большинстве йеподвижных звезд, что доказано анализом ях спектров. [c.43] Образование в естественных условиях, получение и применение. [c.44] В природе водород образуется главным образом при разложении органических веществ, например целлюлозы или белков некоторыми видами бактерий. Большие количества водорода освобождаются при коксовании угля поэтому светильный и коксовый газы в среднем состоят на 50 об.% из свободного водорода. В последнее время коксовый газ стали технически перерабатывать на водород, применяя для этого способ, аналогичный процессу Линде для получения жидкого воздуха, т. е. отделяя от водорода остальные составные части этого газа конденсацией при низкой температуре водород, как очень трудно конденсирующийся газ, остается при этом в газообразном состоянии. Полученный этим способом водород находит применение в процессе ожижения угля , а отделенные от него другие составные части коксового газа передают по трубам на большие расстояния для снабжения газом городов. [c.44] В настоящее время водород получают в огромных количествах. Очень большую часть его используют при синтезе аммиака, гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Далее, водород применяют для синтеза соляной кислоты, метилового спцрта и синильной кислоты, при сварке и ковке металлов, а также при изготовлении ламп накаливания и драгоценных камней. Водородом наполняют аэростаты и воздушные шары и т. п. В продажу водород поступает в стальных баллонах, где находится под давлением свыше 150 ат. [c.44] Вернуться к основной статье