Прибор для наблюдения взаимодействия серы с водородом. -1—водород; 2 — сероводород; 3- пары серы; 4 — расплавленная сера.
Сразу же оговоримся: в отличие от «науки», как области чистых идей, «практикой» мы назовем все, что служит практической деятельности человека — пусть это даже будет деятельность ученого-экспериментатора.
Химик имеет дело с водородом прежде всего как с веществом, обладающим свойствами идеального восстановителя.
Но откуда взять водород? Конечно, проще всего из баллона. Из зеленого баллона с красной надписью «Водород» и с вентилем с «левой» резьбой (горючий газ!). Но если баллона под руками нет?
Водород можно получать взаимодействием металлов с кислотами:
Zn + H2SO4→ ZnSO4 + H2↑
Но этот водород не может быть идеально чистым, потому что нужны идеально чистые металл и кислота. Чистый водород получал еще Лавуазье, пропуская пары воды через раскаленный на жаровне ружейный ствол:
4H2O + 3Fe → Fe3O4 + 4H2↑
Но и этот способ не слишком удобен, хотя в современной лаборатория можно обойтись кварцевой трубкой, наполненной железными стружками и нагреваемой в электропечи.
Электролиз! Дистиллированная вода, в которую для повышения электропроводности добавлено немного серной кислоты, разлагается при прохождении постоянного тока:
2H2O → 2H2↑ + O2↑
К вашим услугам — водород почти идеальной чистоты, его нужно только освободить от мельчайших капелек воды. (В промышленности в воду добавляют щелочь, а не кислоту — чтобы не разрушалась металлическая аппаратура.)
А теперь будем медленно пропускать этот водород через воду, в которой взмучен хлористый палладий. Почти сразу начнется восстановление, и осадок почернеет — получится палладиевая чернь:
PdCl2 + H2→ Pd + 2HCl
Палладиевая чернь — прекрасный катализатор для гидрирования разнообразных органических соединений.
А катализатор тут нужен потому, что молекулярный водород весьма инертен: даже с кислородом при обычных условиях он реагирует необычайно медленно. Ведь сначала молекула водорода должна диссоциировать на атомы, а для этого на каждый моль водорода (т. е. всего на 2 г!) нужно затратить 104 ккал. А вот на поверхности катализатора этот процесс идет с гораздо меньшими затратами энергии, водород резко активизируется.
Пожалуй, не стоит много говорить о роли катализаторов в современной химической технологии: в их присутствии проводится подавляющее большинство процессов.
Водород для чего он
Важнейший среди них — синтез аммиака из водорода и атмосферного азота:
3H2 + N2→ 2NH3
При этом водород добывают или из воды и метана по так называемой реакции конверсии:
СН4 + 2Н2O → 4Н2 + СО2
или расщепляя природные углеводороды по реакции, обратной реакции гидрирования:
СНз—СНз → СН2=СН2 + H2
Синтетический аммиак незаменим в производстве азотных удобрений. Но водород нужен не только для получения аммиака. Превращение жидких растительных жиров в твердые заменители животного масла, преобразование твердых низкокачественных углей в жидкое топливо и многие другие процессы происходят с участием элементного водорода. Выходит, что водород — это пища и для человека, и для растений, и для машин…
Но вернемся в лабораторию. Здесь водород применяют не только в чистом виде, но и в виде его соединений с металлами — например алюмогидрида лития LiАlН4, боргидрида натрия NaBH4. Эти соединения легко и специфически восстанавливают определенные группировки атомов в органических веществах.
Изотопы водорода — дейтерий (²Н или D) и тритий(³Н или Т) — позволяют изучать тончайшие механизмы химически и биохимических процессов. Эти изотопы используют как «метки», потому что атомы дейтерия и трития сохраняют все химические свойства обычного легкого изотопа — протия — и способны подменять его в органических соединениях. Но дейтерий можно отличить от протия по массе, а тритий — и по радиоактивности. Это позволяет проследить судьбу каждого фрагмента меченой молекулы.
Вы читаете, статья на тему водород получение
Статьи по теме
Атомарный водородАтомарный водород это химический элемент (водород Н) который неустойчив почти сразу переходит в обычный водород Н2 выделяя при этом некоторую...
Водород в природеВодород в природе Водород (Hydrogenium; ат. вес 1,008) в свободном состоянии встречается в природе лишь в незначительных количествах, главным образом...
Водород во вселеннойВодород и вселенная Обычно, чтобы подчеркнуть значение того или иного элемента, говорят если бы его не было, то случилось бы...
Водород и жизньЧТО ТАКОЕ ВОДОРОД И ЖИЗНЬ Еще раз о том, что нелепо говорить: «Если бы в природе не было того-то, то...
Водород и будущееВОДОРОД И БУДУЩЕЕ Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при...
Водород и наукаВодород и наука В самом конце XVIII и начале XIX в. химия вступила в период установления количественных закономерностей: в 1803...