Es hat die Form einer Kugel, stellte es sich aber als Scheibe und sogar als schwebendes Rechteck vor, Feuer, Luft, Erde und Wasser als vier betrachtet Grundelemente des Universums. Wer hat aufgehört, Wasser ein Element zu nennen? Wer hat ihr diesen hohen Rang genommen? ? Eine Reihe mutiger Chemiker, die unabhängig voneinander arbeiteten, machten diese Entdeckung fast gleichzeitig.

Die Entdecker von Sauerstoff und Wasserstoff

Seit die Chemiker die Alchemisten und Hexenmeister aus den Retorten vertrieben haben, ist die Familie der Elemente schlagartig gewachsen. Wenn es vor hundert Jahren nur 60 Mitglieder gab, sind es jetzt, wenn man die künstlich gewonnenen Elemente mitzählt, hundert von ihnen. Wir finden ihren Namen, ihr chemisches Zeichen, ihr Atomgewicht und ihre Seriennummer in jeder chemischen Tabelle. Nur die Namen der „Vorfahren“ verschwanden daraus. Die Entdecker von Sauerstoff und Wasserstoff gelten als:

1. Französischer Chemiker Antoine Laurent Lavoisier. Er war Leiter einer Salpeter- und Pulverfabrik und später, nach dem Sieg der französischen bürgerlichen Revolution, Kommissar des Staatsschatzes, einer der einflussreichsten Personen Frankreichs.
2. Englischer Chemiker Henry Cavendish, ursprünglich aus einer alten herzoglichen Familie, der einen großen Teil seines Vermögens der Wissenschaft schenkte.
3. Landsmann Cavendish, Josef Priestley. Er war Priester. Als glühender Anhänger der Französischen Revolution wurde Priestley aus England vertrieben und floh nach Amerika.
4. Berühmter schwedischer Chemiker Carl Wilhelm Scheele, Apotheker.

Dies sind ihre Namen. Und was haben sie getan?

Sauerstoff - in Wasser und Luft

Lavoisier, Priestley und Scheele führten eine Reihe von Experimenten durch. Zuerst ... Sie Sauerstoff in Wasser und Luft entdeckt. In der Chemie abgekürzt, wird es mit dem Buchstaben „O“ bezeichnet. Als wir sagten

Ohne Wasser gibt es kein Leben

das ist noch nicht gesagt, wem eigentlich das Wasser seine lebensspendende Kraft verdankt. Jetzt können wir diese Frage beantworten. Die lebensspendende Kraft des Wassers ist in Sauerstoff. Sauerstoff ist das wichtigste Element der die Erde umgebenden Lufthülle. Ohne Sauerstoff erlischt das Leben wie eine Kerzenflamme unter einem Glasgefäß. Selbst das größte Feuer lässt nach, wenn brennende Gegenstände mit Sand geworfen werden, wodurch der Sauerstoffzugang zu ihnen abgeschnitten wird.
Verstehst du jetzt, warum das Feuer im Ofen so schlecht brennt, wenn die Aussicht geschlossen ist? Der gleiche Verbrennungsprozess findet in unserem Körper beim Stoffwechsel statt. Die Dampfmaschine arbeitet mit der thermischen Energie der Verbrennung von Kohle. Auf die gleiche Weise nutzt unser Körper die Energie dieser Nährstoffe, die wir zu uns nehmen. Die Luft, die wir atmen, ist notwendig, damit der "Herd" - unser Körper - gut brennt, denn unser Körper muss eine bestimmte Temperatur haben. Beim Ausatmen setzen wir Wasser in Form von Dampf und Verbrennungsprodukten frei.
Lavoisier untersuchte diese Prozesse und fand das heraus Verbrennung ist die schnelle Verbindung verschiedener Substanzen mit Luftsauerstoff. Dadurch entsteht Wärme. Aber Lavoisier war damit nicht zufrieden Sauerstoff entdeckt. Er wollte wissen, mit welchen Stoffen sich Sauerstoff verbindet.

Entdeckung von Wasserstoff

Fast zeitgleich mit Cavendish, der ebenfalls Wasser in seine Bestandteile zerlegte, Lavoisier Wasserstoff entdeckt. Dieses Element wird „Hydrogenium“ genannt, was bedeutet: Wasserstoff wird mit dem Buchstaben „H“ bezeichnet. Prüfen wir noch einmal, ob Wasserstoff wirklich drin ist Zusammensetzung von Wasser. Füllen Sie ein Becherglas mit Eis und erhitzen Sie es über der Flamme einer Spirituslampe. (Alkohol ist wie jeder Alkohol reich an Wasserstoff.) Und was werden wir sehen? Die Außenseite des Reagenzglases wird mit Tau bedeckt. Oder halten Sie ein sauberes Messer über eine Kerzenflamme. Das Messer wird auch mit Wassertropfen bedeckt. Woher kommt das Wasser? Wasser kommt aus Feuer. Feuer ist also die Quelle des Wassers! Dies ist keine neue Entdeckung, und doch ist sie erstaunlich. Chemiker würden sagen: Wenn Wasserstoff verbrannt wird, Wasserstoff verbindet sich mit Sauerstoff zu Wasserdampf. Deshalb sind das Reagenzglas und das Messer mit Wassertropfen bedeckt. So ist es passiert Entdeckung der Zusammensetzung des Wassers. Wasserstoff, der 16-mal leichter als Sauerstoff und 14-mal leichter als Luft ist, brennt also! Gleichzeitig erzeugt es eine große Menge an Wärme. Früher wurden Ballons mit Wasserstoff gefüllt. Es war sehr gefährlich. Statt Wasserstoff wird nun Helium verwendet. Sie können auch die zweite Frage beantworten:

Warum brennt Wasser nicht?

Diese Frage scheint so einfach, dass wir sie zunächst gar nicht gestellt haben. Die meisten werden sagen:

Das Wasser ist nass, also brennt es nicht.

Falsch. Benzin ist auch "nass", aber versuchen Sie nicht zu sehen, ob es brennt! Wasser brennt nicht, weil es selbst durch Verbrennung entstanden ist. Das ist, könnte man sagen, die „flüssige Asche“ des Wasserstoffs. Deshalb löscht Wasser Feuer genauso gut wie Sand.

Der Zweck der heutigen Veröffentlichung ist es, dem unvorbereiteten Leser umfassende Informationen über was ist wasserstoff, was sind seine physikalischen und chemischen Eigenschaften, Umfang, Bedeutung und Gewinnungsmethoden.

Wasserstoff kommt in den allermeisten organischen Substanzen und Zellen vor, in denen er fast zwei Drittel der Atome ausmacht.

Foto 1. Wasserstoff gilt als eines der häufigsten Elemente in der Natur

In Mendelejews Periodensystem der Elemente nimmt Wasserstoff mit einem Atomgewicht von eins die ehrenvolle erste Position ein.

Der Name "Wasserstoff" (in der lateinischen Version - Wasserstoff) stammt von zwei altgriechischen Wörtern: ὕδωρ – „“ und γεννάω – „ich gebäre“ (wörtlich – „gebären“) und wurde erstmals 1824 von dem russischen Chemiker Mikhail Solovyov vorgeschlagen.

Wasserstoff gehört (neben Sauerstoff) zu den wasserbildenden Elementen (die chemische Formel von Wasser lautet H 2 O).

Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften wird Wasserstoff als farbloses Gas (leichter als Luft) charakterisiert. Wenn es mit Sauerstoff oder Luft vermischt wird, ist es hochentzündlich.

Löslich in einigen Metallen (Titan, Eisen, Platin, Palladium, Nickel) und in Ethanol, aber sehr schlecht löslich in Silber.

Das Wasserstoffmolekül besteht aus zwei Atomen und wird als H 2 bezeichnet. Wasserstoff hat mehrere Isotope: Protium (H), Deuterium (D) und Tritium (T).

Geschichte der Entdeckung des Wasserstoffs

Bereits in der ersten Hälfte des 16. Jahrhunderts bemerkte Paracelsus bei alchemistischen Experimenten, bei denen er Metalle mit Säuren mischte, ein bis dahin unbekanntes brennbares Gas, das er nicht aus der Luft trennen konnte.

Nach fast anderthalb Jahrhunderten – Ende des 17. Jahrhunderts – gelang es dem französischen Wissenschaftler Lemery, Wasserstoff (noch ohne zu wissen, dass es sich um Wasserstoff handelte) von der Luft zu trennen und seine Brennbarkeit nachzuweisen.

Foto 2. Henry Cavendish - der Entdecker des Wasserstoffs

Chemische Experimente in der Mitte des 18. Jahrhunderts ermöglichten es Mikhail Lomonosov, den Prozess der Freisetzung eines bestimmten Gases infolge einiger chemischer Reaktionen aufzudecken, das jedoch kein Phlogiston ist.

Ein echter Durchbruch in der Untersuchung von brennbarem Gas gelang einem englischen Chemiker Henry Cavendish, dem die Entdeckung des Wasserstoffs zugeschrieben wird (1766).

Cavendish nannte dieses Gas „brennbare Luft“. Er führte auch die Verbrennungsreaktion dieser Substanz durch, die zu Wasser führte.

1783 führten französische Chemiker unter der Leitung von Antoine Lavoisier die Synthese von Wasser und anschließend die Zersetzung von Wasser unter Freisetzung von "brennbarer Luft" durch.

Diese Studien bewiesen schließlich das Vorhandensein von Wasserstoff in der Zusammensetzung von Wasser. Es war Lavoisier, der vorschlug, das neue Gas Hydrogenium zu nennen (1801).

Nützliche Eigenschaften von Wasserstoff

Wasserstoff ist vierzehneinhalb Mal leichter als Luft.

Es zeichnet sich auch durch die höchste Wärmeleitfähigkeit unter anderen Gasen aus (weißer als die siebenfache Wärmeleitfähigkeit von Luft).

Früher wurden Ballons und Luftschiffe mit Wasserstoff gefüllt. Nach einer Reihe von Katastrophen Mitte der 1930er Jahre, die mit Luftschiffexplosionen endeten, mussten Konstrukteure nach einem Ersatz für Wasserstoff suchen.

Jetzt wird für solche Flugzeuge Helium verwendet, das viel teurer als Wasserstoff ist, aber nicht so explosiv.

Foto 3. Wasserstoff wird zur Herstellung von Raketentreibstoff verwendet

In vielen Ländern wird an sparsamen Motoren für Pkw und Lkw auf Wasserstoffbasis geforscht.

Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge sind deutlich umweltfreundlicher als ihre Benzin- und Diesel-Pendants.

Unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur und natürlicher Druck) reagiert Wasserstoff nur ungern.

Wenn ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff auf 600 °C erhitzt wird, beginnt eine Reaktion, die in der Bildung von Wassermolekülen gipfelt.

Die gleiche Reaktion kann mit einem elektrischen Funken provoziert werden.

Reaktionen unter Beteiligung von Wasserstoff werden erst beendet, wenn die an der Reaktion beteiligten Komponenten vollständig verbraucht sind.

Die Temperatur des brennenden Wasserstoffs erreicht 2500-2800 °C.

Wasserstoff wird verwendet, um verschiedene Arten von Kraftstoffen auf der Basis von Öl und Erdölprodukten zu reinigen.

In der lebenden Natur gibt es nichts, was Wasserstoff ersetzen kann, da er in allen organischen Stoffen (einschließlich Öl) und in allen Proteinverbindungen vorhanden ist.

Ohne die Beteiligung von Wasserstoff wäre dies nicht möglich.

Aggregatzustände von Wasserstoff

Wasserstoff kann in drei Hauptaggregatzuständen vorliegen:

• gasförmig;
• flüssig;
• schwer.

Der übliche Zustand von Wasserstoff ist ein Gas. Durch Absenken seiner Temperatur auf -252,8 °C wird Wasserstoff flüssig und ab einer Temperaturschwelle von -262 °C wird Wasserstoff fest.

Foto 4. Seit mehreren Jahrzehnten wird anstelle von billigem Wasserstoff teures Helium zum Befüllen von Ballons verwendet

Wissenschaftler vermuten, dass Wasserstoff in einem zusätzlichen (vierten) Aggregatzustand sein kann - metallisch.

Dazu müssen Sie nur einen Druck von zweieinhalb Millionen Atmosphären erzeugen.

Bisher ist dies leider nur eine wissenschaftliche Hypothese, da noch niemand „metallischen Wasserstoff“ gewinnen konnte.

Flüssiger Wasserstoff kann aufgrund seiner Temperatur bei Kontakt mit der menschlichen Haut schwere Erfrierungen verursachen.

Wasserstoff im Periodensystem

Die Verteilung der chemischen Elemente im Periodensystem von Mendelejew basiert auf ihrem Atomgewicht, berechnet relativ zum Atomgewicht von Wasserstoff.

Foto 5. Im Periodensystem ist Wasserstoff eine Zelle mit der Seriennummer 1 zugeordnet

Viele Jahre lang konnte niemand diesen Ansatz widerlegen oder bestätigen.

Mit dem Erscheinen zu Beginn des 20. Jahrhunderts und insbesondere mit dem Auftauchen der berühmten Postulate von Niels Bohr, die die Struktur des Atoms vom Standpunkt der Quantenmechanik erklären, konnte die Gültigkeit von Mendelejews Hypothese bewiesen werden.

Auch das Gegenteil ist der Fall: Gerade die Übereinstimmung der Postulate von Niels Bohr mit dem dem Periodensystem zugrunde liegenden Periodengesetz wurde zum überzeugendsten Argument für die Anerkennung ihrer Wahrheit.

Die Beteiligung von Wasserstoff an einer thermonuklearen Reaktion

Die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium sind Quellen unglaublich starker Energie, die während einer thermonuklearen Reaktion freigesetzt wird.

Foto 6. Thermonukleare Explosion ohne Wasserstoff wäre unmöglich

Eine solche Reaktion ist bei einer Temperatur von nicht weniger als 1060 ° C möglich und verläuft sehr schnell - innerhalb weniger Sekunden.

Auf der Sonne laufen thermonukleare Reaktionen langsam ab.

Die Aufgabe der Wissenschaftler ist es, zu verstehen, warum dies geschieht, um mit den gewonnenen Erkenntnissen neue – nahezu unerschöpfliche – Energiequellen zu schaffen.

Was ist Wasserstoff (Video):

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Die Geschichte der Entdeckung des Wasserstoffs nimmt einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Wissenschaft ein. Nach modernen wissenschaftlichen Vorstellungen ist dieses Gas eine der wichtigsten Substanzen für die Existenz von Sternen und damit die Hauptenergiequelle.

Eine kurze Geschichte der Entdeckung von Wasserstoff

Das Element wurde 1766 von einem britischen Wissenschaftler entdeckt. Der Ursprung des Namens geht auf die griechischen Wörter „hydro“ und „genes“ zurück, was „Wasser“ und „Generator“ bedeutet.

Bereits 1671 veröffentlichte Robert Boyle (1627-1691, englischer Chemiker und Physiker) „New Experiments Concerning the Relationship Between Flame and Air“, in denen er die Reaktion zwischen Eisenspänen und verdünnten Säuren beschrieb. Während der Experimente bemerkte der Wissenschaftler, dass die Reaktion dieser Substanzen zur Entwicklung von Wasserstoffgas („brennbare Lösung des Mars“) führt.

Gas wurde jedoch erst 1766 von Henry Cavendish (1731-1810, ein englischer Chemiker und Physiker, der auch Stickstoff entdeckte) als Hauptelement zugelassen, der Quecksilber für die Synthese verwendete. Der Wissenschaftler beschrieb es als „brennbare Luft aus Metallen“. Cavendish beschrieb die Eigenschaften von Wasserstoff genau, glaubte aber fälschlicherweise, dass das Gas von einem Metall und nicht von einer Säure stamme. Der moderne Name für das chemische Element stammt von dem französischen Naturforscher A. L. Lavoisier.

Die Geschichte der Entdeckung von Wasserstoff (H) ist damit noch nicht zu Ende. 1931 entdeckte der in Chicago (USA) tätige Chemieprofessor Harold Urey das Gas Deuterium. Es ist das schwere Isotop von Wasserstoff und wird als 2 H und D geschrieben.

Die Bausteine ​​des Universums

Lange Zeit konnten die Menschen die Eigenschaften der Materie nicht verstehen. Obwohl die alten Griechen davon ausgingen, dass der „Äther“ (umgebender Raum) aus bestimmten Elementen besteht, gab es für diese Tatsache keine eindeutige Begründung und erst recht keinen handfesten Beweis.

Im Herbst 1803 konnte der Engländer einige seiner Forschungsergebnisse mit der Annahme erklären, dass Materie aus Atomen zusammengesetzt sei. Der Forscher fand auch heraus, dass alle Proben einer bestimmten Verbindung aus der gleichen Kombination dieser Atome bestehen. Dalton bemerkte auch, dass in einer Reihe von Verbindungen die Verhältnisse der Massen des zweiten Elements, die mit einem bestimmten Gewicht des ersten Elements kombiniert werden, auf kleine ganze Zahlen reduziert werden können ("Law of Multiple Proportions"). Damit hat der Wissenschaftler einen gewissen Bezug zur Entdeckungsgeschichte des Wasserstoffs.

Die Darstellung von Daltons „Theory of Atoms“ erfolgte im 3. Band der wissenschaftlichen Ausgabe „Systems of Chemistry“, die 1807 von Thomas Thomson herausgegeben wurde. Das Material erschien auch in einem Artikel über Strontiumoxalate, der in Philosophical Transactions veröffentlicht wurde. Im folgenden Jahr veröffentlichte Dalton diese Ideen selbst und führte eine umfassendere Analyse in The New System of Chemical Philosophy durch. Übrigens schlug der Wissenschaftler darin vor, einen Kreis mit einem Punkt in der Mitte als Symbol für Wasserstoff zu verwenden.

Erste Brennstoffzelle

Die Geschichte der Entdeckung des Wasserstoffs ist reich an interessanten Ereignissen. 1839 führte der britische Wissenschaftler Sir William Robert Grove Experimente zur Elektrolyse durch. Er nutzte Elektrizität, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Später fragte sich der Forscher, ob es möglich wäre, das Gegenteil zu tun – Strom aus der Reaktion von Sauerstoff mit Wasserstoff zu erzeugen? Grove versiegelte die Platinplatten in separaten versiegelten Behältern, von denen einer Wasserstoff und der andere Sauerstoff enthielt. Beim Eintauchen der Gefäße in verdünnte Schwefelsäure floss zwischen den beiden Elektroden ein Strom, der in den Gasflaschen Wasser bildete. Dann verband der Wissenschaftler mehrere ähnliche Geräte in einer Reihenschaltung, um die in der Gasbatterie erzeugte Spannung zu erhöhen.

Seitdem werden große Hoffnungen auf Wasserstoff gesetzt, um kompakte und umweltfreundliche Energieträger zu erhalten. Allerdings ist die Frage nach 100%iger Sicherheit und hoher Effizienz von Endgeräten für den Massenkonsum noch nicht gelöst. Der Begriff „Brennstoffzelle“ wurde übrigens erstmals von den Chemikern Ludwig Mond und Charles Langer verwendet, die die Forschungen von W. R. Grove fortführten.

Autonome Energiequellen

1932 arbeitete Francis Thomas Bacon, ein Ingenieur an der University of Cambridge in Großbritannien, weiter an den Entwürfen von Grove, Mond und Langer. Er ersetzte die Platinelektroden durch ein billigeres Nickelgewebe und verwendete anstelle eines Elektrolyten mit Schwefelsäure alkalisches Kaliumhydroxid (weniger korrosiv für die Elektroden). Dies war im Wesentlichen die Schaffung der ersten alkalischen Brennstoffzelle, genannt Bacon-Zelle. Es dauerte weitere 27 Jahre, bis die Briten eine Anlage demonstrierten, die 5 kW Energie erzeugen konnte, genug, um eine Schweißmaschine anzutreiben. Etwa zur gleichen Zeit wurde das erste Brennstoffzellenfahrzeug vorgeführt.

Brennstoffzellen wurden später von der NASA in den 1960er Jahren für das Apollo-Mondprogramm verwendet. Bacons Zellen waren (und sind) auf Hunderten von Raumfahrzeugen. Auch "große Batterien" werden auf U-Booten verwendet.

Nützlich, aber gefährlich

Die Geschichte der Entdeckung des Wasserstoffs ist nicht nur mit freudigen Momenten verbunden. Wie unsicher dieses Element ist, zeigt die Tragödie des Luftschiff-Giganten Hindenburg. In den 1930er Jahren baute Deutschland eine Reihe von Flugzeugen - Zeppeline. Als Gas wurde Wasserstoff verwendet. Da es leichter ist als das Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch, das den Großteil der Atmosphäre ausmacht, ermöglichte es den Transport großer Frachtmengen.

1936 präsentierten deutsche Designer der Welt das damals größte Luftschiff, die Hindenburg. Der 245-Meter-Gigant enthielt 200.000 m3 Gas. Seine Tragfähigkeit ist erstaunlich: Das Gerät konnte bis zu 100 Tonnen Fracht in den Himmel heben. Das Flugzeug wurde für den transatlantischen Transport zwischen Deutschland und den Vereinigten Staaten eingesetzt. Die Personengondel bot Platz für 50 Personen mit Gepäck. 06.05.1937 Bei der Ankunft in New York trat ein Wasserstoffleck auf. Das brennbare Gas entzündete sich und verursachte eine Explosion, bei der 36 Menschen ums Leben kamen. Seitdem wird in Flugzeugen statt Wasserstoff das sicherere Helium verwendet.

Fazit

Wasserstoff ist eines der wichtigsten Elemente im Universum. Obwohl seine Eigenschaften gut untersucht sind, hört es nicht auf, Wissenschaftler, Ingenieure und Designer zu interessieren. Dieses Element ist Gegenstand tausender wissenschaftlicher Arbeiten, Diplome und Abstracts. Die Geschichte der Entdeckung des Wasserstoffs ist die Geschichte der Wissenschaft selbst, eines Wissenssystems, das Unwissenheit und religiöse Dogmen ersetzt hat.

Wasserstoff befindet sich im Periodensystem in zwei Gruppen von Elementen, die in ihren Eigenschaften absolut gegensätzlich sind. Diese Eigenschaft macht es absolut einzigartig. Wasserstoff ist nicht nur ein Element oder Stoff, sondern auch Bestandteil vieler komplexer Verbindungen, ein organogenes und biogenes Element. Daher betrachten wir seine Eigenschaften und Eigenschaften genauer.

Die Freisetzung brennbarer Gase bei der Wechselwirkung von Metallen und Säuren wurde bereits im 16. Jahrhundert, also während der Entstehung der Chemie als Wissenschaft, beobachtet. Der berühmte englische Wissenschaftler Henry Cavendish untersuchte den Stoff ab 1766 und gab ihm den Namen „brennbare Luft“. Bei der Verbrennung entstand aus diesem Gas Wasser. Leider verhinderte das Festhalten des Wissenschaftlers an der Phlogiston-Theorie (hypothetische "Hyperfeinstoff"), dass er zu den richtigen Schlussfolgerungen kam.

Der französische Chemiker und Naturforscher A. Lavoisier führte 1783 zusammen mit dem Ingenieur J. Meunier und mit Hilfe spezieller Gasometer die Synthese von Wasser und anschließend seine Analyse durch Zersetzung von Wasserdampf mit glühendem Eisen durch. So konnten die Wissenschaftler zu den richtigen Schlussfolgerungen kommen. Sie fanden heraus, dass „brennbare Luft“ nicht nur Bestandteil des Wassers ist, sondern auch daraus gewonnen werden kann.

1787 schlug Lavoisier vor, dass das untersuchte Gas eine einfache Substanz und dementsprechend eines der wichtigsten chemischen Elemente ist. Er nannte es Wasserstoff (von den griechischen Wörtern hydor - Wasser + gennao - ich gebäre), das heißt "Wasser gebären".

Der russische Name "Wasserstoff" wurde 1824 vom Chemiker M. Solovyov vorgeschlagen. Die Bestimmung der Wasserzusammensetzung markierte das Ende der „Phlogiston-Theorie“. An der Wende vom 18. zum 19. Jahrhundert wurde festgestellt, dass das Wasserstoffatom sehr leicht ist (im Vergleich zu den Atomen anderer Elemente), und seine Masse wurde als Haupteinheit für den Vergleich von Atommassen verwendet, wobei ein Wert von 1 erhalten wurde.

Physikalische Eigenschaften

Wasserstoff ist der leichteste aller der Wissenschaft bekannten Stoffe (er ist 14,4-mal leichter als Luft), seine Dichte beträgt 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Dieses Material schmilzt (erstarrt) bzw. siedet (verflüssigt) bei -259,1 ° C und -252,8 ° C (nur Helium hat eine niedrigere Siede- und Schmelztemperatur).

Die kritische Temperatur von Wasserstoff ist extrem niedrig (-240 °C). Aus diesem Grund ist seine Verflüssigung ein ziemlich komplizierter und kostspieliger Prozess. Der kritische Druck einer Substanz beträgt 12,8 kgf / cm² und die kritische Dichte 0,0312 g / cm³. Unter allen Gasen hat Wasserstoff die höchste Wärmeleitfähigkeit: Bei 1 atm und 0 °C beträgt sie 0,174 W/(mxK).

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes beträgt unter gleichen Bedingungen 14,208 kJ/(kgxK) oder 3,394 cal/(gh°C). Dieses Element ist in Wasser leicht löslich (etwa 0,0182 ml / g bei 1 atm und 20 ° C), aber gut - in den meisten Metallen (Ni, Pt, Pa und anderen), insbesondere in Palladium (etwa 850 Volumen pro Volumen Pd) .

Letztere Eigenschaft ist mit seiner Diffusionsfähigkeit verbunden, während die Diffusion durch eine Kohlenstofflegierung (z. B. Stahl) durch die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Kohlenstoff mit der Zerstörung der Legierung einhergehen kann (dieser Vorgang wird als Dekarbonisierung bezeichnet). Im flüssigen Zustand ist die Substanz sehr leicht (Dichte - 0,0708 g / cm³ bei t ° \u003d -253 ° C) und flüssig (Viskosität - 13,8 ° C unter gleichen Bedingungen).

In vielen Verbindungen weist dieses Element eine Wertigkeit von +1 (Oxidationszustand) auf, ähnlich wie Natrium und andere Alkalimetalle. Es wird normalerweise als Analogon dieser Metalle betrachtet. Dementsprechend leitet er die I-Gruppe des Mendelejew-Systems. In Metallhydriden weist das Wasserstoffion eine negative Ladung auf (der Oxidationszustand ist -1), das heißt, Na + H- hat eine ähnliche Struktur wie Na + Cl- Chlorid. In Übereinstimmung mit dieser und einigen anderen Tatsachen (der Nähe der physikalischen Eigenschaften des Elements "H" und Halogenen, der Fähigkeit, es durch Halogene in organischen Verbindungen zu ersetzen) wird Wasserstoff der Gruppe VII des Mendeleev-Systems zugeordnet.

Unter normalen Bedingungen hat molekularer Wasserstoff eine geringe Aktivität und verbindet sich direkt nur mit den aktivsten Nichtmetallen (mit Fluor und Chlor, mit letzterem - im Licht). Wenn es wiederum erhitzt wird, interagiert es mit vielen chemischen Elementen.

Atomarer Wasserstoff hat eine erhöhte chemische Aktivität (im Vergleich zu molekularem Wasserstoff). Mit Sauerstoff bildet es Wasser nach der Formel:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

Dabei werden 285,937 kJ/mol Wärme oder 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm) freigesetzt. Unter normalen Temperaturbedingungen verläuft die Reaktion eher langsam und bei t ° >= 550 ° C unkontrolliert. Die Explosionsgrenzen einer Mischung aus Wasserstoff + Sauerstoff nach Volumen liegen bei 4–94 % H₂ und Mischungen aus Wasserstoff + Luft bei 4–74 % H₂ (eine Mischung aus zwei Volumina H₂ und einem Volumen O₂ wird als explosives Gas bezeichnet).

Dieses Element wird zur Reduktion der meisten Metalle verwendet, da es den Oxiden Sauerstoff entzieht:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O usw.

Wasserstoff bildet mit verschiedenen Halogenen Halogenwasserstoffe, zum Beispiel:

H&sub2; + Cl&sub2; = 2 HCl.

Bei der Reaktion mit Fluor explodiert Wasserstoff jedoch (dies geschieht auch im Dunkeln bei -252 ° C), reagiert mit Brom und Chlor nur beim Erhitzen oder Beleuchten und mit Jod - nur beim Erhitzen. Bei der Wechselwirkung mit Stickstoff wird Ammoniak gebildet, jedoch nur an einem Katalysator, bei erhöhten Drücken und Temperaturen:

ZN₂ + N₂ = 2NH₃.

Beim Erhitzen reagiert Wasserstoff aktiv mit Schwefel:

H₂ + S = H₂S (Schwefelwasserstoff),

und viel schwieriger - mit Tellur oder Selen. Wasserstoff reagiert mit reinem Kohlenstoff ohne Katalysator, aber bei hohen Temperaturen:

2H₂ + C (amorph) = CH₄ (Methan).

Diese Substanz reagiert direkt mit einigen der Metalle (Alkali, Erdalkali und andere) unter Bildung von Hydriden, zum Beispiel:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Von nicht geringer praktischer Bedeutung sind die Wechselwirkungen von Wasserstoff und Kohlenmonoxid (II). Dabei entstehen je nach Druck, Temperatur und Katalysator verschiedene organische Verbindungen: HCHO, CH₃OH usw. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe werden während der Reaktion zu gesättigten, zum Beispiel:

Ñ ​​n ½₂ n + Í₂ = Ñ n ½₂ n ₊₂.

Wasserstoff und seine Verbindungen spielen in der Chemie eine herausragende Rolle. Es bestimmt die sauren Eigenschaften des sogenannten. Protonensäuren neigen dazu, Wasserstoffbrückenbindungen mit verschiedenen Elementen zu bilden, die einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften vieler anorganischer und organischer Verbindungen haben.

Wasserstoff bekommen

Die Hauptrohstoffe für die industrielle Produktion dieses Elements sind Raffineriegase, natürliche Brennstoffe und Kokereigase. Es wird auch durch Elektrolyse (an Orten mit erschwinglichem Strom) aus Wasser gewonnen. Eine der wichtigsten Methoden zur Materialgewinnung aus Erdgas ist die katalytische Wechselwirkung von Kohlenwasserstoffen, hauptsächlich Methan, mit Wasserdampf (die sogenannte Konversion). Zum Beispiel:

CH₄ + H₂O = CO + ZH₂.

Unvollständige Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff:

CH₄ + ½O₂ \u003d CO + 2H₂.

Synthetisiertes Kohlenmonoxid (II) wird umgewandelt:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Am günstigsten ist Wasserstoff aus Erdgas.

Für die Elektrolyse von Wasser wird Gleichstrom verwendet, der durch eine Lösung von NaOH oder KOH geleitet wird (Säuren werden nicht verwendet, um eine Korrosion der Ausrüstung zu vermeiden). Unter Laborbedingungen wird das Material durch Elektrolyse von Wasser oder als Ergebnis der Reaktion zwischen Salzsäure und Zink gewonnen. Allerdings wird häufiger vorgefertigtes Werksmaterial in Zylindern verwendet.

Aus Raffineriegasen und Kokereigas wird dieses Element isoliert, indem alle anderen Komponenten des Gasgemisches entfernt werden, da sie sich bei der Tiefkühlung leichter verflüssigen.

Die industrielle Gewinnung dieses Materials begann Ende des 18. Jahrhunderts. Dann wurde es verwendet, um Luftballons zu füllen. Derzeit wird Wasserstoff in großem Umfang in der Industrie, hauptsächlich in der chemischen Industrie, zur Herstellung von Ammoniak verwendet.

Massenkonsumenten der Substanz sind Hersteller von Methyl- und anderen Alkoholen, synthetischem Benzin und vielen anderen Produkten. Sie werden durch Synthese aus Kohlenmonoxid (II) und Wasserstoff gewonnen. Wasserstoff wird zur Hydrierung von schweren und festen flüssigen Brennstoffen, Fetten usw., zur Synthese von HCl, zur Hydrobehandlung von Erdölprodukten sowie zum Schneiden / Schweißen von Metallen verwendet. Die wichtigsten Elemente für die Kernenergie sind ihre Isotope - Tritium und Deuterium.

Die biologische Rolle von Wasserstoff

Etwa 10% der Masse lebender Organismen (durchschnittlich) fällt auf dieses Element. Es ist Bestandteil des Wassers und der wichtigsten Gruppen natürlicher Verbindungen, darunter Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate. Wofür ist das?

Dieses Material spielt eine entscheidende Rolle: bei der Aufrechterhaltung der räumlichen Struktur von Proteinen (quartär), bei der Umsetzung des Prinzips der Komplementarität von Nukleinsäuren (d. h. bei der Umsetzung und Speicherung genetischer Informationen), allgemein bei der „Erkennung“ auf molekularer Ebene Stufe.

Das Wasserstoffion H+ ist an wichtigen dynamischen Reaktionen/Prozessen im Körper beteiligt. Unter anderem: bei der biologischen Oxidation, die lebende Zellen mit Energie versorgt, bei Biosynthesereaktionen, bei der Photosynthese in Pflanzen, bei der bakteriellen Photosynthese und Stickstofffixierung, bei der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts und der Homöostase, bei Membrantransportprozessen. Zusammen mit Kohlenstoff und Sauerstoff bildet es die funktionelle und strukturelle Grundlage der Phänomene des Lebens.

Nach der Arbeit von J. Black begannen viele Chemiker in verschiedenen Laboratorien in England, Schweden, Frankreich und Deutschland, Gase zu untersuchen. G. Cavendish erzielte große Erfolge. Die gesamte experimentelle Arbeit dieses gewissenhaften Wissenschaftlers basierte auf einer quantitativen Forschungsmethode. Er verwendete weithin das Wägen von Substanzen und das Messen von Gasvolumina, geleitet vom Gesetz der Massenerhaltung. In der ersten Arbeit von G. Cavendnsh über die Chemie der Gase (1766) werden Gewinnungsmethoden und Eigenschaften beschrieben.

"Brennbare Luft" war schon früher bekannt (R. Boyle, N. Lemery). Im Jahr 1745 bemerkte beispielsweise M. V. Lomonosov, dass „wenn ein unedles Metall gelöst wird, insbesondere in sauren Alkoholen, brennbarer Dampf aus der Flaschenöffnung entweicht, der nichts anderes als Phlogiston ist.“ Dies ist in zweierlei Hinsicht bemerkenswert: Erstens kam M. V. Lomonosov viele Jahre vor Cavendish zu dem Schluss, dass „brennbare Luft“ (d. h. Wasserstoff) Phlogiston ist; Zweitens folgt aus dem obigen Zitat, dass M. V. Lomonosov die Lehre von Phlogiston akzeptiert hat.

Aber niemand vor G. Cavendish hat versucht, "brennbare Luft" zu isolieren und ihre Eigenschaften zu untersuchen. In der chemischen Abhandlung Three Works Containing Experiments with Artificial Types of Air (1766) zeigte er, dass es Gase gibt, die sich von Luft unterscheiden, nämlich einerseits „Wald oder gebundene Luft“, die, wie G. Cavendish feststellte erwies sich als 1,57-mal schwerer als gewöhnliche Luft, andererseits ist „brennbare Luft“ Wasserstoff. G. Cavendish erhielt es durch Einwirkung verdünnter Säuren und Säuren auf verschiedene Metalle. Die Tatsache, dass bei der Einwirkung auf (Zink, Eisen) dasselbe Gas (Wasserstoff) freigesetzt wurde, überzeugte G. Cavendish schließlich davon, dass alle Metalle Phlogiston enthalten, das bei der Umwandlung von Metallen in „Erden“ freigesetzt wird. Der englische Wissenschaftler hielt Wasserstoff für reines Phlogiston, da das Gas rückstandslos verbrennt und mit diesem Gas behandelte Metalloxide beim Erhitzen zu den entsprechenden Metallen reduziert werden.

Henry Cavendish

G. Cavendish glaubte als Befürworter der Phlogiston-Theorie, dass es nicht durch das Metall aus der Säure verdrängt, sondern infolge der Zersetzung des "komplexen" Metalls freigesetzt wurde. Er stellte die Reaktion zur Gewinnung von "brennbarer Luft" aus Metallen wie folgt dar:

Welche Methoden und Instrumente der „Vater der Chemie gasförmiger Stoffe“ benutzte, geht aus dem Folgenden hervor. Als er Leeds verließ, hinterließ ihm J. Priestley auf Wunsch eines seiner Bekannten einen Tontrog, den er bei seinen Experimenten zur Zusammensetzung der Luft als pneumatisches Bad verwendete und der, wie J. Priestley ironisch bemerkt, „nicht anders war aus den Trögen, in denen Wäscherinnen Wäsche waschen". 1772 ersetzte J. Priestley in einem pneumatischen Bad Wasser durch Quecksilber, wodurch er erstmals wasserlösliche Gase in reiner Form erhalten und untersuchen konnte: „Salzsäureluft“ () und „flüchtige alkalische Luft“ - ein farbloses Gas mit einem erstickenden stechenden Geruch. Dies war derjenige, den er durch Erhitzen von Ammoniumchlorid erhielt:

2NH 4 Cl + CaO \u003d 2NH 3 + CaCl 2 + H 2

„Der von Priestley entdeckte Goldseifenspender war … ein Quecksilberbad“, schrieb W. Ostwald. „Auf der technischen Seite der Dinge einen Schritt voraus – Wasserwechsel – ist der Schlüssel zu den meisten Entdeckungen von Priestley.“ J. Priestley beobachtete, dass, wenn ein elektrischer Funke durch Ammoniak geleitet wird, sein Volumen stark zunimmt. 1785 stellte K.-L. Berthollet fest, dass dies auf die Zersetzung von Ammoniak in Stickstoff und Wasserstoff zurückzuführen ist. J. Priestley beobachtete, dass die Wechselwirkung zweier stark riechender Gase (HCl und NH 3 ) ein geruchloses weißes Pulver (NH 4 Cl) erzeugt. 1775 erhielt J. Priestley und c. 1796 - das er für reines Phlogiston hielt.