§ 9. Водород. Галогены и их соединения

Водород

Место водорода в периодической системе.

Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Этот простейший атом не имеет аналогов в периодической системе. Он способен терять электрон, превращаясь в катион и в этом отношении сходен с щелочными металлами, которые также проявляют степень окисления Атом водорода может также присоединять электрон, образуя при этом анион электронная конфигурация которого такая же, как у атома гелия. В этом отношении водород сходен с галогенами, анионы которых имеют электронные конфигурации соседних благородных газов.

Таким образом, водород имеет двойственную природу, проявляя как окислительную, так и восстановительную способность. По этой причине в одних случаях водород помещают в подгруппу щелочных металлов, в других — в подгруппу галогенов.

Химические свойства.

Энергия связи в молекуле водорода составляет 436 кДж/моль. Большая величина энергии связи объясняет сравнительно малую активность молекулярного водорода при обычных условиях. Так, при комнатной температуре водород реагирует лишь с фтором

и с хлором при ультрафиолетовом облучении (см. ниже).

При повышенной температуре водород реагирует со многими веществами, например он сгорает в атмосфере кислорода с образованием воды и выделением большого количества теплоты (см. § 5):

При нагревании водород обратимо реагирует также с бромом, иодом, серой и азотом, причем с последним только в присутствии катализатора и при высоком давлении (см. § 11).

Водород при нагревании способен реагировать не только с простыми, но и со сложными веществами:

Во всех рассматриваемых реакциях водород является восстановителем, образуя соединения, где его степень окисления равна

Со многими металлами водород вступает в реакции при повышенных температуре и давлении с образованием гидридов , где его степень окисления равна 1-:

Гидрид натрия — белое кристаллическое соединение, по физическим свойствам напоминающее хлорид натрия. Однако химические свойства сильно различаются. Так, хлорид натрия растворяется в воде и диссоциирует в растворе на ионы. Гидрид натрия водой разлагается с образованием щелочи и водорода:

Получение водорода.

Для промышленного получения водорода используют следующие способы:

1. Электролиз водных растворов хлоридов (§ 7).

2. Пропускание паров воды над раскаленным углем при температуре 1000 °С:

3. Конверсия метана при высоких температурах:

4. Крекинг углеводородов (§ 18).

Для лабораторного получения водорода используют следующие способы:

1. Взаимодействие металлов с кислотами, например:

2. Взаимодействие щелочноземельных металлов с водой:

3. Взаимодействие алюминия или кремния с водными растворами щелочей:

4. Взаимодействие гидридов с водой (см. выше).