Водород H

Открытие

Горючий газ замечали задолго до того, как его поняли. В 1671 году Роберт Бойль сообщил, что железные опилки, брошенные в разбавленную кислоту, выделяют легко воспламеняющийся газ, однако он не счёл его особым веществом.

Решающий шаг был сделан в 1766 году: английский учёный Генри Кавендиш тщательно получил этот газ из металлов и кислот, измерил, насколько он лёгок, и описал его как особый вид воздуха, назвав «горючим воздухом». Около 1781 года он показал, что при его сгорании образуется вода, — этот результат помог опровергнуть старое представление о воде как об элементе.

Антуан Лавуазье повторил опыты с водой и в 1783 году дал газу современное название. В том же году Жак Шарль поднял в Париже первый водородный воздушный шар. В 1931 году Гарольд Юри обнаружил более тяжёлую разновидность водорода — дейтерий, за что в 1934 году получил Нобелевскую премию по химии.

Происхождение названия

Название происходит от греческих слов hydro (вода) и genes (рождающий), так что водород буквально означает «рождающий воду» — намёк на открытие Кавендиша и Лавуазье: при горении он образует воду. Символ H — просто первая буква латинского названия hydrogenium. Русское слово «водород» — точная калька этого названия; его закрепил в русской химической терминологии в XIX веке М. Ф. Соловьёв.

Основные применения

• Производство аммиака: процесс Габера — Боша, в котором водород соединяют с азотом для получения удобрений, — крупнейшая область его применения.
• Нефтепереработка: водород удаляет серу из топлива и расщепляет тяжёлую нефть на более лёгкие продукты.
• Химия и пищевая промышленность: он служит сырьём для метанола и применяется для отверждения растительных масел.
• Энергетика: топливные элементы превращают водород и кислород в электричество, выделяя лишь воду, а жидкий водород давно используется как ракетное топливо.
• Промышленность: он охлаждает крупные электрогенераторы и создаёт восстановительную атмосферу в металлообработке.

Большую часть водорода сегодня получают из природного газа; производство его расщеплением воды с помощью возобновляемой электроэнергии — так называемый зелёный водород — одна из главных целей энергетического перехода.

Изотопы

Водород — единственный элемент, изотопы которого имеют собственные названия. Обычный водород, протий (¹H), не содержит нейтрона и составляет более 99,98% природного водорода. Дейтерий (²H, или D) несёт один нейтрон и тоже стабилен; примерно один атом водорода из 6400 — дейтерий. Тяжёлая вода (D2O) замедляет нейтроны в некоторых ядерных реакторах, а дейтерированные растворители — стандарт в ЯМР-спектроскопии.

Тритий (³H) радиоактивен, его период полураспада около 12,3 года. Он заставляет светиться автономные указатели выхода и циферблаты часов, служит индикатором для датирования подземных вод и вместе с дейтерием рассматривается как топливо для термоядерных реакторов.

В повседневной жизни

Каждая молекула воды содержит два атома водорода, а по массе водород составляет около десятой части человеческого тела. Он входит в состав жиров, сахаров, белков и ДНК, а водородные связи удерживают вместе две нити ДНК.

Сам газ бесцветен, не имеет запаха и намного легче воздуха. Он горит в очень широком диапазоне концентраций в воздухе — примерно от 4 до 75 процентов, — а его пламя при дневном свете почти невидимо, поэтому утечки требуют осторожного обращения. Катастрофа «Гинденбурга» в 1937 году положила конец эпохе пассажирских дирижаблей, наполненных водородом.