nekrasovI (1114433), страница 38
Текст из файла (страница 38)
д. Высокая температура (до 2600'С), получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т,м технически водород получают, главным образом, взаимодействием природного метана с киспородом и водяным паром (по суммарной схеме: 2СН~+ От+ 2НаО = 2СОр+ 6117+ 37 икал) или выделяя его из коксового газа путем сильного охлаждения последнего.
Иногда пользуются также разложением воды электрическим током. Транспортируют водород в стальных баллонах, где он заключен псд большим давлением.з». /И Водород. Вода 118 Доло,тления МК М 3! Я С Ре Са Ха ХГ Д! а,ш а,оч а,аов о,ааз о,ааз а,аии а,оаи' аясоз адата а.ааш Н Не О в!.тз . >з >г а аз Температура поверхности Солнца составляет около 5500'С.
4) Основной формой существования' водорода з космическом пространстве являются отдельные атомы П. Ионизация их (по схеме Н = Н'+ г) имеет определенное значение для теплового баланса этого пространства. Возникает она (как н днссоцна. пия молекулы Нз иа атомы) в основном за счет луч исто й энергии звезд, а прн обратных процессах рекомбинации (Н" + г = Н н Н+ Н = Нз) энергия выделяется главчым образом в форме к и н е т и ч е с к о й. Результатом является некоторое вовы.
шенне температуры «околозвездных» областей космического пространства по сравнению с очень далекими от звезд. 5) Создаваемая за счет излучения кинетическая температура (П $1 доп, !3) очень велика. Так, при длине волны 5000 А (что соответствует приблизительно середине види. с чг 3 10'а мого спектра) для ее энергии имеем: Е= Ь» й — 6,62.!Π—, 4 )( Х 5-!0 )4 10-'з зрг.
Средняя энергия теплового движения частиц равна '/з йТ, где Т вЂ” абсо. лютная температура, в постоянная й = 1,38 !О " зрг/град. Из равенства »/з ° 1,38 !Осм Т 4 !О-" иахолим, что воспринявшая данное излучение частица обладает такой кинетической энергией, какую она имела бы при Т = 20 000 град, 6) Пря получении водорода действием Тп на кислоту для ускоренна процесса полезно добавить к кислоте немного раствора Сн50» Получаемый действием металлов нз кислоты водород обычно загрязнен примесями др>тих газов. Для очистки его про. пускают сквозь щелочной раствор перманганата (КЛ1пО, + КОН) нли хромовую смесь (раствор К»СггОг в крепкой серной кислоте).
От паров воды водород освобождают, пропуская его сквозь крепкую (но ие концентрированную) НгЯО, или слой сухого СаС!», Если требуется особенно тщательное осушение водорода, его пропускают сквозь скляи. ку г фосфорным ангидридом (Р»Оз). 7) Наиболее чистый водород выдсляется иа катоде прн разложении постоянным электрическим током волы, подкисленной Н,50«. Из других методов его лабораторного получения следует отметнтчм 1) Водород был впервые описан в 1766 г. Кзвеядишем, который получал его действием железа и некоторых других металлов на разбавленную серную или сечяную кислоту. Сама эта реакция была известна значнтечьно раньше.
Полученный легкий газ Кавендиш принимал сперва за флогистон П 4 1), а затеи за соединение флогистона с водой. Современное название дал этому элементу Лавуазье (1783 г.). 2) Водород состоит из смеси изотопов с массовымн чпслами 1 и 2 ('Н и зН). Соотношение между ними в отдельных природных обьектах несколько колеблется, но более или менее близко к 6700: 1, т. е. один атом 'Н (д ей те р на) приходится примерно на 6700 атомов 'Н (п рати я). В ничтожных количествах — порядка одного атома иа !О'з атомов 'Н вЂ” к ним примешан радиоактивный изотоп водорода 'Н (три.
т н й), средняя продолжительность жизни атомов которого составляет 18 лет. Б,чаголаря резкому количественному преобзаланню протин над двумя другими изотопами природный водород может в первом приближении считатьсн состоящим из атомов гН 3) Если говорить не только о земной карс, а о Вселенной в целом, то водород нвляется самым распространенным элементом.
На его долю приходится около 80ч» массы Юдитера и около БОТ» массы Сатурна. В межзвездном пространстве атомы водорода встречаются в несколько сот раз чаше, чем атомы всех остальных элементов, вмкте взятых. Он резко преоб.чадает над др>»пми элементами также в атмосфере звезд н, в частности, является главной составной частью солнечной атмосферы. Основной состав последней может быть выражен следующими даннымн (в атомных процентах): 5 /.
Водород 1!9 а) действие порошкообразного алюминия на кипящую воду: в присутствии нескольких капель разбавленного раствора КМпО« происходит энергичное выделение водорода; б) действие цинка илн алюмнпня иа крепкий раствор Р(аОН (выделяющийся прн этом водород бывает обычно значительно чище, чеи получаемый при взаимодействии тех же металлов с кислотами).
8) В отличие от прочих газов (кроне гелия), водород самопроизвольно расширяется при обычных температурах ие с охлаждением, а с разогреванием. Ои начинает вести себя «нормально» лишь ниже — 80'С. Жидкий водород ииеет плотность около 0,07 г/см', твердый — около 0,08 е/смз. Теплота его плавления составляет 28 кал/моль, а теплота нспарення 219 кал/моль. Критическая температура водорода лежит при †2'С, а критическое давление равно 13 атм. 9) Равновесное ядерное расстояние (г,) з молекуле Нл равно 0,741 А, а фактическое среднее расстояние между ядрами (гл или л() — 0,751 А.
Различие обусловлено тем обстоятельством, что колебания обоих ядер навстречу друг другу более затруднены, чем в противоположных направлениях («пружина легче растягивается, чем сжимается»). Силовая константа связи (111 6 6 доп. 10) несколько изменяется в зависимости от отнесения ее к равновесному (й.) нли фактическому среднему ядерному расстоянию (й). Для связи Н вЂ” Н имеем: А« = 5,7 н А 5,1. В литературе (кроме специально спектроскопнческоА) обычно приводятся значения с( (т. е. г,) и й.
1О) Распад молекулы водорода иа атомы требует большоА затраты эиергни— 103,2 ккал/моль прн абсолютном нуле нли 104,2 ккал/моль при 25'С. Еще болвшей затраты энергии требует ионизация атоиов водорода: 313,6 кка«/г.атом прн абсолютизм нуле или 315,1 ккал/г-атом при 25'С. Расхождения цифр обусловлены увеличенном числа частиц прн обоих процессах. Получаемые иэ спектров значения энергий соответствуют збсолютиоиу нулю, а рассчитываемые по теплотам реакциА обычно относят к 25'С.
При отсутствии специальных, оговорок в дальнейшем приводятся именно последние. 11) Ионизации может подвергнуться не только атом, но и молекула того илн иного вещества. В последнем случае процесс вдет с образованием положительно заряженного.«молекулярного ион а». Для водорода имеем: На+357 ккал Н++ ел В ионе Н~ (дзя которого л((НН)= 1,06А) между обоими ядрамн осуществляется о д н о э л ект р о и н а я се я з ь.
Последняя значительно менее прочна (энвргия разрыва 62 ккал/моль). чем обычная двухзлектроиная связь а нейтральной Молекуле Нл. Возможно, что одяозлектроиные связи содержат и сравнительно устойчивый в газовой фазе иолекуляриыА иои Нл. Образование его по схеме Не+ Н+ Н," сопровождается выделением около 70 ккал/моль. 12) Хорошо растворяют водород, в частности, М, Р1 н Рд, причем одни объем палладия может поглотить несколько сотен объемов водорода. Наоборот, некоторые другие металлы (например, Ап) его практически ие раствориют.
С растворимостью водорода в меди н железе прнхолится считаться прн отливке иэделий нз инх, так как взаимодействие этого газа с присутствующими в металле следамн окислов ведет к образованию водяного пара, который вызывает возникновение в литье трещин и пустот.
Вместе с тем способность водорода проходить сквозь нагретые металлические части аппаратуры создает болыпие технические трудности работы с иим при высоких теллпературах н давлениях. 13) Растворимость водорода в железе зависит от температуры следующим образом (объеиов водорода на один объем железа): вю тю озл ~ ~ю |зю лзю ыю ызо чй ош вы озт ола ош оао овт зш Резкий скачок растворимости между 1450 н 1550'С обусловлен изменением агрегатного состояния железа (т.
пл. 1536'С). Расплавленное железо содержит растворенный водород в атомарном состоянии. /(г. Водород. Вода »й т М ч» !000 И00 0000 «000 0000 С~лрлглть моргнул, и/сен Рис. гу-3 Схема установки для получение вто. верного водорода. Рве. ! Ч.З, Крнвне реснредезення скоростей молекул водороде. (рис.
1хг-2). Хотя во всех случаях подавляющее большинства частиц имеет скорости, близкие к средней, все же в газе всегда содержатся и молекулы гораздо более быстрые, в частности достигающие необходнмой для преодоления земного притяжения скорости 11,2 км(сек. Это обстоятельство обусловливает постоянную потерю водорода (и гелия) верхними слоями атмосферы. Аналогичный показанному на рве. )йс2 характер имеют кривые распределения скоростей и для других газов.
Само собой разумеется, что величина скорости не является постоянной характеристикой той или иной молекулы, а отражает лишь ее состояние в данный момент времени. 16) Следует отметить, что понятия «сродство к электрояу» и «этектросродство» (Н! й 5 доп. 13) отнюдь нс совпадают: первое относится к на оп н рова ни о му атому, тогда как второе — к атому в ма.ч е к у л е. Сам по себе термин «злектросродство» более правилен, чем термин «злсктроотрицательность», так как речь идет о те н де н пи и входящего в состав молеку.ты атома к присвоению электронного облака валснтной связи, а не о с о с т о я и и н этого атома. 17) Образование ионов Н (по схеме 1!+ г = Н + йи) играет, по-ввдимому, зиа.
ччтельную роль в процессе возникновения солнечного излучения. Нс исключена также возможность нх промежуточного образования в процессе взаимодействия металлов с кислотами (по схемам, например, Хп -1- Н = 2пс'+ Н н затем Н + Н' = Нг). 1й) Хотя сродство к электрону молекулы Н. отрицательно ( — 16 ккалгмоль), имеются указания на нозчожность кратковременного су!цествоаання молекулярных ионов Н, в злсктроразряде.
Срозсгво к электрону отрицательно и у атомов инерт. вых газов (соответственно — 12, — 18 и — 23 кка !/г-атом для Не, (чс н Аг). !9) Атомарный водород удобно полу!ать действием на обычный водород тихого электрического разряда. При этом часть молекул распадается иа атомы, которые под 14) Так как в газе самими молекулами занята лишь очень небольшая доля всего объема, один газ распространяется в другом практически, как в пустоте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
