14. История открытия водорода. Получение и физические свойства водорода

Урок посвящён истории открытия самого лёгкого газа — водорода. Вы изучите его основные свойства и основные способы получения.

С древних времён людям были известны вещества, способные растворять некоторые металлы. Слабые растворы этих веществ имеют кислый вкус, поэтому их назвали кислотами. Например, лимонная кислота содержится в лимоне, яблочная кислота — в яблоке. Вещество с химической формулой называется серной кислотой.

Многие исследователи проводили опыты с кислотами. Было замечено, что при растворении некоторых металлов в кислотах выделяются пузырьки газа. Полученный газ легко воспламенялся, поэтому его назвали «горючим воздухом».

Подробно свойства «горючего воздуха» были изучены в 1766 году английским учёным Генри Кавендишем (рис. 1). Он помещал металлы в растворы серной и соляной кислот, при этом в каждом случае выделялось лёгкое газообразное вещество, которое позже было названо водородом.

Приведём примеры уравнений реакций взаимодействия металла с кислотой, в ходе которых образуется водород.

При взаимодействии железа с соляной кислотой образуется хлорид железа (II) и водород (рис. 2):

При взаимодействии железа с раствором серной кислоты образуется сульфат железа (II) и водород (рис. 3):

Обратите внимание, в обеих реакциях водород выделяется из раствора в виде газообразного вещества, что в уравнении реакции показывается с помощью стрелки, направленной вверх. Также приведённые реакции относятся к типу замещения.

Реакция замещения — реакция, в которую вступает одно простое вещество и одно сложное вещество, а в ходе реакции образуется новое простое и новое сложное вещество.

Название «водород» (лат. hydrogenium) происходит от греческих слов «гидор» — вода и «генао» — рождаю, то есть «рождающий воду». И действительно, при горении водорода образуется вода:

Данное название было предложено в 1779 году Антуаном Лавуазье (рис. 4).

Водород является самым распространённым химическим элементом во Вселенной. Из него в основном состоят звёзды (рис. 5). На Земле водород тоже достаточно распространён. Он входит в состав всех растений и животных, а также в состав самого распространённого вещества на Земле — воды.

Водород — очень лёгкий газ, он в 14,5 раза легче воздуха. Простое вещество водород имеет формулу H2 и является газообразным веществом без вкуса и запаха, которое плохо растворимо в воде. Температура кипения водорода −253 °С.

В промышленности водород необходимо получать в больших объёмах и из дешёвого сырья, поэтому обычно его получают в результате электролитического разложения воды или при восстановлении углём водяного пара.

В результате электролиза воды образуются газообразные вещества — водород и кислород (рис. 6):

(эл. ток)

При восстановлении углём водяного пара образуются угарный газ и водород:

В лаборатории водород получают при взаимодействии металлов, например цинка, с кислотами. При взаимодействии цинка с соляной кислотой образуются хлорид цинка и водород (рис. 7):

При взаимодействии цинка с разбавленной серной кислотой образуются сульфат цинка и водород (рис. 8):

В основном в лаборатории реакцию цинка с соляной кислотой проводят в аппарате Киппа (рис. 9).

В небольших количествах газ водород можно получить и в обычной пробирке. Для этого нужно поместить в пробирку несколько гранул цинка, а затем прилить немного соляной кислоты и закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой. На конец газоотводной трубки нужно надеть пустую пробирку (рис. 10). Причём пробирка размещается дном вверх, так как водород легче воздуха и поднимается вверх (рис. 11). Данный метод собирания водорода называется методом вытеснения воздуха.

Водород можно собрать и методом вытеснения воды, так как он в ней практически нерастворим.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных источников

2. Водород

3. Производство водорода

4. Физические и химические свойства водорода

Проверьте себя

1. Что означает название «водород»? Ответ поясните.

2. Приведите примеры реакций, с помощью которых можно получить водород.

3. Опишите физические свойства водорода.

4. Какими способами можно собирать водород?

Список использованных источников:

Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Иллюстрация / Иллюстратор Гурьева Е. С.

Источник: wikipedia.org / название: 01-Bentinck William Henry Cavendish, 3rd Duke of Portland c 1774 / атрибуция: public domain, автор: Matthew Pratt

Источник: wikipedia.org / название: David - Portrait of Monsieur Lavoisier (cropped) / атрибуция: public domain, автор: Jacques Louis David