Водень як елемент. Положення в Періодичної таблиці

Водень – 1- й елемент Періодичної таблиці (заряд ядра 1), хімічний знак – Н, відносна атомна маса (атомний вага) 1,008 (округлено 1). Валентність водню в сполуках дорівнює одиниці, найбільш поширена ступінь окислення +1. Молекула водню Н2, молекулярна маса (молекулярна вага) 2,016 (округлено 2 а.е.м). Молярна маса 2 г / моль.

Якщо кисень є найпоширенішим елементом у земній корі, то водень – найпоширеніший елемент у Всесвіті. Водень складає близько 70 % маси Сонця і зірок. Оскільки водень – найбільш легкий з усіх елементів, то така значна маса вимагає величезної кількості атомів цього елемента. З кожних 100 атомів, що зустрічаються у Всесвіті, 90 – атоми водню.

Ймовірно, колись водень входив і в атмосферу Землі. Але через свою легкості він здатний залишати атмосферу, тому частка водню в повітрі мізерно мала. У зв’язаному вигляді водень становить 0,76 % маси Землі. Найбільш важливим з’єднанням водню, що зустрічається в природі, є вода.

Водень – газ, типовий неметал. Утворює міцні ковалентні двоатомних молекули Н2.

Мильні бульбашки з водородомНетрудно підрахувати щільність водню: 1 моль в звичайних умовах займає 22,4 л, а молярна маса водню дорівнює 2 м. Отже, щільність в перерахунку на 1 л складе 2 г/22, 4 л = 0,09 г / л. Щільність повітря помітно вище – 1,305 г / л, тому наповнені воднем предмети відчувають виштовхуючу силу атмосфери.

Водень стає рідким при дуже низьких температурах (-253 °С), а твердий водень отримати ще важче (температура плавлення твердого водню -259 °С).

Про водні як елементі ви знаєте вже досить багато. Атом водню – найпростіший з усіх атомів. Його ядро складається з єдиного протона. Цей (найпоширеніший) ізотоп водню називають також протием, щоб відрізнити від дейтерію – іншого ізотопу водню, в ядрі якого 1 протон і 1 нейтрон. Дейтерій не радіоактивний, але перебуває в природі в дуже невеликій кількості. Тим не менш, його навчилися виділяти для потреб ядерної енергетики. Дейтерій – один з небагатьох ізотопів в хімії, що має свій власний символ D. Найбільш відомим хімічною сполукою, в яке входить дейтерій, є ” важка вода ” D2O.

У ядерних реакціях утворюється ще один ізотоп водню – тритій, в ядрі якого 1 протон і 2 нейтрона. Тритій (хімічний символ T) радіоактивний, період його напіврозпаду трохи більше 12 років. Проте в природі він все-таки зустрічається, хоча і в незначних кількостях – у звичайній воді один атом тритію припадає на 1018 атомів протію. Цей тритій – космічного походження. Він постійно утворюється в атмосфері завдяки тому, що швидкі космічні нейтрони розщеплюють атоми азоту на два фрагменти: вуглець -12 і тритій. Протони високих енерній, з яких в основному складаються космічні промені, теж можуть породжувати тритій при взаємодії з ядрами будь-яких елементів, що входять до складу атмосфери.

Таким чином, відомі 3 ізотопу водню: 11H (або просто H), 21H (або D), 31H (або T). Оскільки в ядрі будь-якого ізотопу водню завжди тільки один протон, то електронна оболонка включає тільки один електрон, що займає самий нижній електронний рівень 1s. Таким чином, будь ізотоп водню має тільки одну – і притому валентну – оболонку 1s1.

Електронний рівень 1s вміщає не більше 2 – х електронів і атому водню достатньо придбати або втратити один електрон, щоб досягти стійкої електронної конфігурації:

Н – 1е – = Н + позитивний іон водню (немає е -)

Н + 1е – = Н- негативний іон водню (1s2)

Перше рівняння говорить про родинний зв’язок водню з елементами I групи – лужними металами, які охоче віддають єдиний зовнішній електрон і утворюють позитивні іони Li +, Na +, K + і т.д. Друге рівняння свідчить про близькість водню до елементів VII групи, яким не вистачає одного електрона для завершення зовнішньої оболонки і які легко приймають чужої електрон з утворенням іонів F-, Cl -, Br – і т.д.

Типовими неметалевими властивостями цей елемент більше схожий на елементи VII групи (фтор, хлор, бром тощо). Але водень не є р- елементом і більш охоче віддають електрони, ніж приймає. Тому його знаходження в групі s – елементів – активних відновників – також має сенс. У зв’язку з цим водень часто поміщають в I групу Періодичної таблиці, а в VII групі повторюють його символ в дужках. Але є й такі видання Періодичної таблиці, де його основним місцем є саме VII група. І те й інше – правильно.

Посилання на основну публікацію