Как получают водород – физические и химические свойства, области применения

Водород — самое распространенное химическое вещество во Вселенной. Он входит в состав большинства звезд, отличается малой массой — среди всех элементов таблицы Менделеева он самый легкий¹. В периодической таблице водород обозначается, как Н. Он стоит на первом месте.

В этом материале мы рассмотрим происхождение, химические и физические свойства водорода. Также ответим на вопрос о том, где чаще всего применяется такое вещество и чего оно позволяет достичь.

Водород — самое распространенное химическое вещество во Вселенной. Он входит в состав большинства звезд, отличается малой массой — среди всех элементов таблицы Менделеева он самый легкий¹. В периодической таблице водород обозначается, как Н. Он стоит на первом месте.

В этом материале мы рассмотрим происхождение, химические и физические свойства водорода. Также ответим на вопрос о том, где чаще всего применяется такое вещество и чего оно позволяет достичь.

Как открыли водород

Так как вещество очень распространено, его получение практикуется на протяжении многих веков. Считается, что впервые осознанно стали вырабатывать газ в промежутке между XVI и XVII веков.

Среди ученых, которые внесли серьезный вклад в изучение элемента, есть такие, как:

• Роберт Бойль. В 1671 году он провел опыт, в котором наблюдал реакцию при взаимодействии стальных опилок и разбавленных кислот. Это привело к выделению водорода в виде газа.
• Генри Кавендиш. Именно он первым заявил, что водород является индивидуальным элементом. С его именем также связано понимание связи между сгоранием вещества и появлением воды.
• Михаил Ломоносов. Проводил множество опытов, наблюдал выделение вещества.
• Антуан Лавуазье. Первым провел синтез воды и проанализировал ее. Со своим партнером Жаном Менье считается основоположником современных методов промышленного получения таких элементов.

Кто первый получил водород

Первым получателем водорода считают Парацельса. Он смог выработать газ и описать этот процесс во время погружения опилок в серную кислоту. Опыт был проведен еще в XVI веке. Вещество прошло долгий путь до появления возможности его синтезирования в промышленных условиях.

Почему такое название

Михаил Соловьев стал автором современного русского названия элемента. Он назвал его так в 1824 году, проведя аналогию, которую ранее выдвигал еще Василий Севергин — «рождающий воду». Интересно, что ранее Ломоносов также назвал кислород, отметив его способность провоцировать окислительные процессы.

Англоязычное название принадлежит Лавуазье. Оно звучит как hydrogène, образовано от двух греческих слов. Можно перевести как «рождающий воду».

Физические свойства водорода

Есть ряд физических свойств, которые были описаны после начала активной выработки этого элемента. К ним относятся:

• Легкость. Вещество представляет собой самый легкий газ из всех, что известны человеку. По сравнению с воздухом он весит меньше в 14,5 раз.
• Теплопроводность. Также является самой высокой среди газообразных веществ — выше, чем у воздуха не менее чем в 7 раз. Это объясняется быстрым движением молекул.
• Состав молекулы. Она включает в себя два атома.
• Растворимость. Элемент показывает хорошую растворимость в металлах, таких, как палладий. Это объясняется способностью к диффузии.

При нормальных условиях, газ не имеет вкуса, цвета или запаха. Закипает при температуре −252,76 °C. Плотность составляет 0,08987 г/л.

Чтобы получить вещество в жидком виде, нужно добиться крайне низких температур, в диапазоне от −252,76 до −259,2 °C. Жидкость будет текучей, без цвета, с малым весом.

Химические свойства водорода

Области применения водорода во многом объясняются его химическими свойствами. Среди главных:

• В реакции с активными металлами начинает проявлять окислительные способности. Обычно это происходит при высоком уровне давления и температуры.
• Может при нормальных условиях легко вступать в реакции с кальцием и другими активными металлами. Также наблюдается реакция с фтором.
• Воздействие стимулирует изменчивость при контакте с другими материалами. Чтобы это произошло, должна измениться не только температура и давление, но и освещение, иные условия.
• Способен образовывать гидриды при контакте с щелочными и щелочноземельными металлами.
• Контакт с оксидом металла может привести к восстановлению.

Также вещество способно к проведению гидрирования органических соединений разного типа. В таком случае потребуется использование правильно подобранного катализатора, влияющего на температуру, другие условия протекания².

Как получают водород в промышленности

Промышленное использование элемента востребовано. Это требует регулярного получения вещества, причем в достаточно больших объемах. Чаще всего используют три варианта — добыча из воды, кислот и воздуха.

Получение водорода из воздуха

В промышленности водород получают из воздуха. Сравнительно недорогой и быстрый метод выработки большого объема вещества. Это делается при помощи генераторов, которые стимулируют протекание различных вариантов реакций. Многие ученые говорят о том, что в будущем именно такое средство будет чаще всего использоваться в энергетике.

Каким прибором получают водород

Выбор прибора зависит от метода. В лабораторных условиях это сочетание емкостей — пробирок с водой, соляной кислотой и другими веществами.

В промышленности используются крупные установки. Они автоматизируются для исключения влияния человеческого фактора на процесс, появления посторонних примесей в готовом веществе.

Где применяют водород

Область использования элемента обширна. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, он востребован в медицине, в качестве топлива, косметической отрасли и пищевой.

В промышленности

Вещество применяется для проведения атомно-водородной сварки, создания гирокомпасов, осветительных приборов. Элемент нужен, чтобы создать аммиак и метанол, запустить процессы гидрокрекинга и гидроочистки. Встречается элемент и при создании электроники.

В медицине

Чаще всего применяется обогащенная вода. Это часть терапевтического лечения многих видов заболеваний, в том числе, онкологических. Также используется способность вещества стимулировать эндогенные антиоксиданты в организме человека — это важное средство для борьбы со стрессовыми ситуациями и их негативным влиянием.

Применение водорода в быту

В быту в чистом виде вещество не применяется. Чаще всего оно помогает создать аммиак и другие соединения, которые встречаются в бытовой химии.

Использование в пищевой и косметической промышленности

Именно из такого элемента создается саломас. Это твердый жир, основу для которого составляют различные растительные масла.

Компонент применяется в изготовлении мыла и большого списка косметических средств. Также входит в состав маргарина и распространенной пищевой добавки Е949.

Водород как компонент ракетного топлива

Многие ученые отмечают, что водородное топливо может стать одним из наиболее перспективных в будущем. Сегодня оно применяется в ракетной промышленности³.

Использование в авиации

Сегодня не применяется. Ранее использовался как наполнитель для несущих элементов воздухоплавательных аппаратов, таких, как дирижабли. Вышел из употребления из-за ряда катастроф. Причиной стала горючесть газа.

Как и где хранить водород

Правильному хранению газа уделяется большое внимание. Выбор определенной емкости зависит от объема вещества, которое нужно закачать внутрь. Обычно емкость имеет двойную стенку — одна из аустенитной, вторая из высокопрочной стали.

Давление в сосудах, которые применяются для перевозки, составляет до 20 Мпа. Применяются баллоны с достаточно большим весом.

Если требуется разместить большой объем газа, он закачивается в крупные газгольдеры. Внутри контролируется давление, которое редко превышает отметку в 10 Мпа.

При хранении и перевозке стоит соблюдать стандартные правила:

• Не оказывать на баллоны сильного давления.
• Исключать нагрев тары.
• Правильно закрепить баллоны, установить между ними специальные смягчающие прокладки.

Требуется регулярно проводить проверку, освидетельствование и ремонт баллонов, которые используются при хранении и транспортировке. Емкости не должны иметь сильных механических повреждений, следов коррозии, вмятин.

Специализированные компании регулярно проводят обслуживание, меняют арматуру на баллонах, обновляют защитное лакокрасочное покрытие. Надо учитывать рекомендации производителей по обслуживанию, следить за сроком эксплуатации.

Каким цветом окрашены водородные баллоны

Вещество перевозится в темно-зеленых емкостях. Надписи наносятся на поверхность красным цветом.