Распространенность водорода

Водород (Н) – первый элемент Периодической таблицы, т.е. электронная конфигурация Н – 1s¹, а его ядро – это лишь один протон. Вследствие своей простоты водород является самым распространенным элементом Космоса (составляет 90% вещества Вселенной). Это и звезды, и межзвездная среда, и газовые туманности. Большинство звезд начинает свой жизненный путь в виде газового водородного шара. Проходят миллионы лет, и Н внутри звезды «выгорает», переходя в другие более сложные элементы. За счет этого светит и Солнце, 70% массы которого составляет водород. (Солнцу светить, по расчетам ученых, еще 30 млрд. лет.)

На Земле водород по распространенности занимает четвертое место. Его кларк (т.е. молярная доля среди других элементов в природе) равен 3%. Причем формы нахождения Н на Земле – это, в основном, вода и органические соединения.

Сходство водорода с другими элементами

Вследствие того, что водород имеет один валентный электрон, его можно отнести к IА подгруппе Периодической таблицы, т.е. к щелочным металлам (ЩМ).

С другой стороны, поскольку на первом уровне атома может находиться два е, то частице Н до завершения уровня не хватает одного электрона, что делает водород похожим на галогены (Г), относящиеся к VIIА подгруппе.

Кроме того, Н обнаруживает сходство с углеродом (из IVА подгруппы), в частности, близки значения их электроотрицательностей: 2,1 у Н и 2,5 у C (по шкале Поллинга). Причем эти ЭО имеют среднюю величину. Как следствие, водород и углерод одинаково склонны к образованию ковалентных связей. (Именно поэтому они вместе дают многочисленные органические соединения.)

Таким образом, видимо, имеет смысл поместить Н в одну длинную клетку, расположенную надвсеми подгруппамис IА по VIIА.

Рассмотрим подробнее, в чем проявляется сходство водорода с Г и ЩМ.

Сходство с галогенами

(1)Роднит водород с Г (и одновременно резко отличает его от ЩМ) сравнительно высокая электроотрицательность Н. (Сравним, у лития ЭО равна 1, в то время как у водорода – 2,1, а у иода – 2,5.) В результате чего атомы Н друг с другом образуют не металлическую связь, как ЩМ, а ковалентную. А т.к. она направленаинасыщаема, то при одном неспаренном электроне могут сформироваться лишь двухатомные молекулы , как и в случае галогенов ( ).

(2) И водород, и галогены, стремясь завершить валентные уровни своих атомов, проявляют окислительные свойства. Однако Н из-за малого Z ядра имеет меньшее сродство к электрону, чем даже иод. Поэтому как окислитель слабее, чем . (Сравним: , а даже у иода .) Как следствие, водород реагирует лишь с достаточно сильными восстановителями; такими, как, например, ЩМ и щелочно-земельные металлы (ЩЗМ):

,

.

(3) Продукты данных реакций (они называются гидридами) – твердые вещества, имеющие ионную решетку, как и галиды (в частности, хлориды NaCl или ). Но гидриды (в отличие от галидов) очень сильные восстановители. Поскольку Н^– слишком слабо удерживает электрон (из-за сравнительно малого сродства к нему атома водорода). Вследствие этого гидриды (но не галиды) при обычных условиях окисляются даже водородом воды:

.

Эту реакцию используют для получения (например, в полевых условиях). А также для осушки газов (т.е. очистки их от влаги), для чего газы пропускают через трубку с гранулами (мелкими кусочками) гидрида кальция.

Поиск по сайту: