Загальна характеристика водню
Водень - перший елемент періодичної таблиці. Позначення - H від латинського «hydrogenium». Розташований в першому періоді, IА групі. Відноситься до неметалів. Заряд ядра дорівнює 1.
Водень є одним з найбільш поширених хімічних елементів - його частка становить близько 1% від маси всіх трьох оболонок земної кори (атмосфери, гідросфери та літосфери), що при перерахунку на атомні відсотки дає цифру 17,0.
Основна кількість цього елемента перебуває у зв'язаному стані. Так, вода містить близько 11 вагу. %, Глина - близько 1,5% і т.д. У вигляді сполук з вуглецем водень входить до складу нафти, горючих природних газів і всіх організмів.
Водень є газ без кольору і запаху (схема будови атома представлена на рис. 1). Його температури плавлення і кипіння лежать досить низько (-259 o С і -253 o С відповідно). При температурі (-240 o С) і під тиском водень здатний скраплюватися, а при швидкому випаровуванні отриманої рідини переходити в твердий стан (прозорі кристали). У воді він розчиняється незначно - 2: 100 за обсягом. Характерна для водню розчинність в деяких металах, наприклад, в залозі.
Мал. 1. Будова атома водню.
Атомна і молекулярна маса водню
Відносною атомною масою елемента називають відношення маси атома даного елемента до 1/12 маси атома вуглецю.
Відносна атомна маса безрозмірна і позначається Ar (індекс «r» - початкова буква англійського слова relative, що в перекладі означає «відносний»). Відносна атомна маса атомарного водню дорівнює 1,008 а.е.м.
Маси молекул, також як маси атомів виражаються в атомних одиницях маси.
Молекулярною масою речовини називається маса молекули, виражена в атомних одиницях маси. Відносної молекулярної масою речовини називають відношення маси молекули даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю, маса якого дорівнює 12 а.е.м.
Відомо, що молекула водню двохатомних - H2. Відносна молекулярна маса молекули водню дорівнюватиме:
ізотопи водню
Водень має три ізотопи: протий 1 H, дейтерій 2 Н або D і тритій 3 Н або Т. Їх масові числа рівні 1, 2 та 3. Протій і дейтерій стабільні, тритій - радіоактивний (період напіврозпаду 12,5 років). У природних з'єднаннях дейтерій і протий в середньому містяться в співвідношенні 1: 6800 (по числу атомів). Тритій знаходиться в природі в мізерно малих кількостях.
Ядро атома водню 1 H містить один протон. Ядра дейтерію і тритію включають крім протона один і два нейтрона.
Іони водню
Атом водню може або віддавати свій єдиний електрон з утворенням позитивного іона (що представляє собою «голий» протон), або приєднувати один електрон, переходячи в негативний іон, який має гелійную електронну конфігурацію.
Повний відрив електрона від атома водню вимагає витрати дуже великий енергії іонізації:
Н + 315 ккал = Н + + е.
Внаслідок цього при взаємодії водню з металлоідаімі виникають не іонні, а лише полярні зв'язку.
Тенденція того чи іншого нейтрального атома до приєднання надлишкового електрона характеризується значенням його спорідненості до електрону. У водню воно виражено досить слабо (проте це не говорить про неможливість існування такого іона водню):
Н + е = Н - + 19 ккал.
Молекула і атом водню
Молекула водню складається з двох атомів - Н2. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу водню: