Общая и неорганическая химия. В 2 томах. Том 2.Химия элементов [Коллектив авторов] (pdf) читать постранично, страница - 2

(обозначают буквой D) и радиоактивного
трития 3Н (обозначают буквой Т). Содержание дейтерия в природной

1.1. Общая характеристика

смеси изотопов составляет 0,015%, трития — 1
янно образуется в верхних слоях атмосферы
реакций, вызываемых действием космического
дается с выбросом электрона и образованием
пада — около 12 лет).

1.1.2.

5

• 10“7%. Тритий посто­
в результате ядерных
излучения. Он распа­
3Не (период полурас­

Свойства атома

Размеры атома водорода значительно меньше, чем размеры атомов
других элементов. Его атомный радиус (радиус сферы, в которую
заключена подавляющая часть электронной плотности) равен 46 пм,
а ковалентный радиус (половина длины связи Н—Н) составляет 37 пм.
По энергетическим характеристикам атомы водорода занимают
промежуточное место между атомами щелочных элементов и галоге­
нов и близки по таковым к элементам ША- и IVA-групп. Так, энер­
гия ионизации водорода равна 13,60 эВ, или 1312 кДж/моль, а элек­
троотрицательность по шкале Оллреда-Рохова составляет 2,10 (или
2,2 по шкале Полинга).
Атом водорода может отдать свой единственный электрон, пре­
вратившись в протон, или же присоединить еще один электрон, до­
строив свою электронную оболочку до устойчивой конфигурации 1?.
Поэтому для водорода в соединениях характерны степени окисления
+1 и -I. В водородных соединениях некоторых элементов (например,
фосфора), имеющих почти такую же электроотрицательность, как у
водорода, степень окисления водорода считают равной нулю.
После удаления 1s-электрона из атома водорода остается свобод­
ный протон с радиусом около 1,5 • 10-3 пм, который не может реально
существовать в конденсированных фазах. В растворах и в твердых те­
лах он присоединяется к другим частицам, образуя, например, ионы
Н3О\ NH4.
Рассчитанный теоретически радиус изолированного гидрид-нона
Н равен 208 пм; его большая величина служит причиной весьма
сильной деформируемости электронной оболочки гидрид-иона в ре­
альных соединениях. Так, например, в гидридах щелочных металлов
кристаллографический (т. е. экспериментально определенный) ради­
ус иона Н равен 130-140 пм. Такое уменьшенное значение радиуса
Н по сравнению с расчетной величиной указывает на сильную по­
ляризуемость гидрид-иона. Одно из следствий легкой деформируемо­
сти электронной оболочки иона Н — заметный вклад ковалентной
составляющей сил в образование солеобразных (ионных) гидридов.
Согласно методу валентных связей, атом водорода, имея един­
ственный валентный электрон, может образовать только одну связь,
т. е. максимальное координационное число водорода должно равнять-

1. Водород

6

ся единице. Однако метод молекулярных орбиталей допускает обра­
зование водородом большего числа связей (с порядком меньше еди­
ницы). Так, например, в простейшем водородном соединении бора
диборане — В2Н6 — координационное число водорода равно двум,
а кратность мостиковых связей водород—бор составляет 0,5. В более
сложных бороводородах координационное число водорода достига­
ет трех. Предполагают, что в таких комплексах, как [НВи6(СО)18Г,
у атома водорода КЧ = 6.

1.2.

Простое вещество

1.2.1.

Получение

Водород в больших количествах получают в промышленности из при­
родного газа с использованием катализаторов — никеля или кобальта:
СН4 + Н2О = СО + ЗН2 (1100 °C)
2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2
Дальнейшее взаимодействие монооксида углерода с водяным па­
ром в присутствии катализатора (железо) приводит к получению до­
полнительного количества водорода:
СО + Н2О = СО2 + Н2 (400 °C)

Чистый водород (свыше 99,95% Н2) получают одновременно с кисло­
родом электролизом воды (раствора кислоты или щелочи):
2Н2О = 2Н2 + О2

Долгое время в промышленности применяли способ получения
водорода взаимодействием паров воды с углем или раскаленными
металлами, например с железом:

Н2О + С = СО+ Н2 (1000 °C)
3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4

В лаборатории водород обычно получают действием растворов
кислот или щелочей на металлы, например:
Zn + 2НС1 = ZnCl2 + H2t

2А1 + 2NaOH + 6H,O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2T
Для получения небольших количеств водорода удобно использо­
вать разложение гидридов металлов, например гидрида кальция:

СаН2 + Н2О = Са(ОН)2 + 2 Н Л

7

1.2. Простое вещество

1.2.2.

Физические свойства

Водород образует двухатомные молекулы Н2. При обычных условиях он
представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Температуры плав­
ления и кипения водорода зависят от изотопного состава (табл. l.l).
Таблица 1.1
Температуры плавления и кипения водорода, дейтерия и трития
Н2

D2

Т2

Температура плавления, °C

-259,19

-254,5

-252,52

Температура кипения, °C

-252,87

-249,49

-248,12

Плотность твердого водорода составляет 0,08 г/см3. Это самое лег­
кое из всех твердых веществ. Многие другие физические свойства
водорода также уникальны, например, водород имеет минимальную
вязкость и