Водород – самый лёгкий элемент

Ячейку № 1 в периодической таблице Менделеева занимает водород. Это самый лёгкий из элементов таблицы с атомной массой равной 1,00794 а.е.м. Водород является самым распространённым химическим элементом во Вселенной, составляя 75 процентов по массе т.н. барионной или обычной материи, из которой состоит всё, что мы видим и осязаем в космосе: планеты, звёзды, галактики. Но несмотря на такую распространённость, водород был открыт только в 18 веке.

В 1766 году английский ученый Генри Кавендиш провёл ряд опытов с различными металлами, помещая их в растворы серной и соляной кислот. В результате каждого эксперимента он получал одно и то же легкое газообразное вещество, которое назвал «горючим воздухом».  При сжигании «горючий воздух» давал воду. Полученную таким способом воду в 1783 году детально изучил французский химик Антуан Лавуазье, осуществив её анализ, разлагая водяной пар раскалённым железом. Так он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё выделен.

Молекула воды H₂O. Фото: взято из en.wikipedia.org

Лавуазье дал полученному газу название Hydrogene (др. греч.  — рождающий воду), обозначив его символом H.  Русский термин «водород» предложил химик Михаил Соловьёв в 1824 году, по аналогии с «кислородом» Ломоносова. При нормальных условиях водород - бесцветный газ без вкуса и запаха с формулой H₂, который, перемешиваясь с воздухом, горюч и взрывоопасен. В больших количествах он присутствует в туманностях, звездах и планетах класса «газовый гигант».

Во Вселенной по количеству атомов на долю водорода приходится около 88%, примерно 11 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов – менее 1%.

NGC 604, гигантская область ионизированного водорода в галактике M33 в созвездии Треугольник. Снимок космического телескопа «Хаббл», 1995 г. Фото: взято из en.wikipedia.org

Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. Он играет ключевую роль в реакциях первичного и звёздного нуклеосинтеза, который, в свою очередь, является причиной наблюдаемой распространённости химических элементов. Особое положение, которое занял водород с момента открытия, привлекало внимание ученых различных направлений. Так, в1815 году английский химик и врач Уильям Праут анонимно опубликовал статью, в которой впервые предположил, что все атомы построены из простейшего водорода. Если масса водорода равна 1, то атомные массы всех других элементов должны выражаться целыми числами. Противники гипотезы, в частности Якоб Берцелиус, утверждали, что атомные массы элементов не находятся в целочисленных отношениях по отношению к водороду. Уровень развития техники измерения масс атомов в то время был достаточно высок, поэтому ряду учёных удалось поставить под сомнение теорию Праута, так как полученный атомный вес (как тогда говорили), например, хлора, был равен 35,5. Но сторонники этой теории считали, что это погрешность замеров. И только с открытием изотопов в начале 20 века выяснилось, что дробный атомный вес хлора был следствием того, что природный хлор является смесью разных изотопов, о существовании которых во времена Праута не знали. И сейчас у этой теории есть сторонники и противники, а в историю науки это научное предположение вошло как «Гипотеза Праута».

По распространённости в земной коре водород стоит на 9 месте со средним содержанием около 1% по массе, находясь там, в основном, в виде соединений. Свободный водород H₂ относительно редко встречается в земной коре, но в составе воды он принимает активное участие в геохимических процессах. Имея малую массу, молекулы водорода в составе воздуха обладают высокой тепловой скоростью и, попадая в верхние слои атмосферы, могут навсегда улететь в космическое пространство.

Основной потребитель водорода - химическая промышленность. Более 50 % мирового выпуска водорода идёт на производство аммиака (NH₃), ещё 10 % используется для производства метанола (CH₃OH).  Из этих веществ производят пластмассы, удобрения, взрывчатые вещества и многое другое.