Теоретическая поддержка темы «Водород»

Молекула водорода Н2 двухатомна. При образовании 1 моль Н2 из 2 моль атомов Н выделяется 436 кДж. В молекуле атомы связаны одной электронной парой, что обычно передают схемой Н–Н или Н : Н. В рамках метода молекулярных орбиталей прочность молекулы Н2 объясняется тем, что в ней электронная пара занимает связывающую -орбиталь (рис. 1).

Рис. 1. Схема заполнения электронами молекулярных орбиталей в молекуле Н2

Физические свойства. Водород – газ без вкуса, цвета и запаха. Можно отметить, что получаемый лабораторными способами водород имеет неприятный запах. Длительное время считали, что это запах самого водорода. Но каково же было удивление ученых, когда во второй половине XIX в. они установили, что тщательно очищенный водород запаха не имеет, а неприятный запах вызван примесями сероводорода, фосфина и других газов!

Водород – самый легкий газ, при нормальных условиях его плотность равна 0,0899 кг/м3. Если шар объемом 22,4 м3 наполнить водородом, то в воздухе он может поднять груз массой 29 – 2 = 27 кг

(29 – эффективная масса в килограммах 1 кмоль воздуха). В первой половине XX в. началось строительство летательных аппаратов большой грузоподъемности – дирижаблей, которые наполняли водородом. Однако водород – взрывоопасный газ, и в 1930-е гг. с дирижаблями произошло несколько крупных аварий. После этого строительство дирижаблей с водородом во всем мире на многие годы прекратилось.

В воде водород растворим плохо (0,02% по объему). Еще хуже он растворим в органических растворителях. А вот в некоторых металлах водород растворим очень хорошо. Так, в 1 объеме палладия растворяется до 850 объемов водорода. Но палладий дорог, и как аккумулятор водорода для практических целей (например, для двигателя, работающего на экологически чистом водородном топливе) его использовать невыгодно. Сравнительно дешевые сплавы удалось приготовить на основе переходных металлов, которые можно использовать как аккумуляторы водорода. Если эти сплавы заранее насытить водородом, то последующий расход водорода на работу, например, двигателя автомобиля можно регулировать осторожным нагреванием сплава.

Температура кипения водорода равна –252,76 °С, температура плавления –259,18 °С; ниже эти температуры только у гелия, поэтому сравнительно дешевый жидкий водород используют для получения сверхнизких температур. Лет 30 назад в научной и популярной литературе широко обсуждался вопрос о возможности получения при низких температурах и высоких давлениях металлического водорода. В 1975 г. советские ученые провели эксперимент с твердым водородом при 4,4 К. При сверхвысоких давлениях они наблюдали резкое повышение электропроводимости слоя твердого водорода. Однако даже при небольшом снижении давления этот эффект исчез. Получить «металлический» водород, сохранявшийся при обычных условиях, за прошедшие годы так и не удалось.

У ядра атома водорода имеется спин (аналогично тому, как спин есть у электрона, он имеется и у протона), поэтому водород Н2 существует в двух состояниях: орто и пара. В ортоводороде (о-Н2) ориентация ядерных спинов одинаковая (параллельная), а в параводороде (п-Н2) – антипараллельная. Эти две формы могут превращаться друг в друга. При обычных и высоких температурах водород (так называемый нормальный водород, н-Н2) на 75% состоит из о-Н2 и на 25% – из п-Н2, при низких температурах устойчив п-Н2. При низких температурах превращение протекает медленно, и поэтому удается получить обе формы по отдельности. Отвечающий этим формам водород различается по температурам кипения, плавления и другим физическим свойствам (табл., см. с. 16).

Другое по теме:

Музыкально-педагогическое наследие музыки в духовном воспитании учащихся
Для определения теоретических основ формирования духовности учащихся, необходимо раскрыть сущность понятия «духовность». Толкования этого слова многозначно и зависит от сферы применения. Этим словом обозначают две вещи, очень разные, хотя и тесно связанные между собой. Духовность – свойство природы ...

Непрерывное педагогическое образование
Говоря о проблеме непрерывного образования, необходимо остановиться на таком важнейшем пункте, как непрерывное педагогическое образование. Непрерывное педагогическое образование – это социально-педагогическая система взаимосвязанных форм, этапов, средств, способов подготовки учителя, повышения его ...

Посторенние линии регрессии для корреляции
Во многих задачах требуется установить и оценить зависимость изучаемой случайной величины У от одной или нескольких других величин. Так например может интересовать зависимость между спортивным результатом конькобежца и его аэробными возможностями, зависимость между силой мышц и скоростью их сокраще ...