Читать онлайн «Химия непереходных элементов»

Глава 1. Водород 1. Общая характеристика Уникальность водорода как химического элемента обусловлена его положением в начале периодической системы. Атомы водорода – это простейшие атомы, они необычайно устойчивы и широко распространены во Вселенной. На его долю приходится около 92 % всех атомов (около 8 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1 %), что составляет лишь 2% общей массы Галактики. Большая часть атомов водорода в космосе электронейтральна, температура такого водородного облака составляет в среднем 100С. Лишь 2% атомов ионизированы, они образуют святящиеся туманности с температурой до 10000С. Термоядерная реакция горения водорода, то есть превращения его в гелий, протекает на звездах, например, на Солнце. Выделяющаяся при этом энергия играет важную роль в существовании жизни на Земле. В результате термоядерного горения количество водорода во Вселенной уменьшается. Водород образует 7 изотопов, три из которых встречаются в природе. Они имеют исторические названия и химические символы. Простейший атом водорода называют протием. Атом дейтерия D содержит один нейтрон, что увеличивает его массу вдвое по сравнению с протием. Поэтому физические свойства многих соединений, содержащих дейтерий и протий, отличаются. Так тяжелая вода D2O замерзает при +3,81°С, а ее плотность на 10 процентов больше, чем у обычной. Тритий Т, содержащий два нейтрона в ядре, - это радионуклид с периодом полураспада 12,32 лет, атомы которого подвергаются естественному бета- распаду без образования гамма-лучей. Именно поэтому тритий используют для создания гальванических элементов. Они состоят из двух металлических пластинок, разделенных диэлектриком. Электроны, выделяющиеся при радиоактивном распаде трития, накапливаются на одной металлической пластинке и формируют разность потенциалов по отношению ко второй, образуя электродную пару. Такие гальванические элементы чрезвычайно долговечны. Их применяют там, где важна бесперебойная работа маломощных устройств в течение многих лет – в имплантатах, часах, кардиостимуляторах. Атом водорода имеет один электрон, расположенный на 1s- орбитали. По электроотрицательности близок атомам фосфора и молбидена, то есть несет на себе частичный положительный заряд в соединениях с типичными неметаллами (галогены, кислород, азот) и частичный отрицательный – с типичными металлами. Общее название 3 бинарных соединений водорода – гидриды – обычно используют лишь по отношению к веществам, в которых водород имеет отрицательную степень окисления. Водородные соединения типичных неметаллов (HCl, H2O, NH3) разнообразны по свойствам и рассматриваются в главах, посвященных химии этих элементов. Соединения водорода с элементами- неметаллами, имеющими близкую электроотрицательность (фосфин PH3, силан SiH4) малоустойчивы. 2. Простое вещество 2. 1. Физические свойства Атомы водорода образуют прочную молекулу. Даже при 2000°C на атомы распадается лишь 0,081% от общего числа молекул.