На темуНа темуСредней школы № 64
Серазетдинова Диана -
Под руководством учителя химии
Захаровой Л.С.
Казань 2001г.
План:
1. Введение.
2. Водород. Положение элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
3. Водород в природе.
4. Получение водорода.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
6. Водород и Вселенная.
7. Список использованной литературы.
1.Введение.
Водород (Hudrogenium) был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавендиш (Англия) установил его свойства и указал отличия от других газов. Водород имеет три изотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н или D, тритий ³Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). В природных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1:6800 (по числу атомов). Тритий в природе находится в ничтожно малых количествах.
Ядро атома водорода ¹Н содержит один протон. Ядро дейтерия и трития включают не только протон, но и один, два нейтрона. Молекула водорода состоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу водорода:
Энергия ионизации атома, эВ 13,60
Сродство атома к электрону, эВ 0,75
Относительная электроотрицательность 2,1
Радиус атома, нм 0,046
Межъядерное расстояние в молекуле, нм 0,0741
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25ºС436,1
2. Водород. Положение водорода в периодической таблице Д.И. Менделеева.
В самом конце XVIII и в начале XIХ века химия вступила в период установления количественных закономерностей: в 1803 году был сформулирован закон кратных отношений (вещества реагируют между собой в весовых отношениях, кратных химическим эквивалентам), а в 1814 году опубликована первая в истории химической науки таблица относительных атомных весов элементов. В этой таблице на первом месте оказался водород, а атомные массы других элементов выражались числами, близкими к целым.
Особое положение, которое с самого начала занял водород, не могло не привлечь внимания ученых, и в 1841 году химики смогли ознакомиться с теорией Уильяма Праута, развившего теорию Древнегреческих философов о единстве мира и предположившего, что все элементы образованы из водорода как из самого легкого элемента. Прауту возражал Й.Я. Берцелиус, как раз занимавшийся уточнением атомных весов: из его опытов следовало, что атомные веса элементов не находятся в целочисленных отношениях к атомному весу водорода. Но, возражали сторонники Праута, атомные веса определены еще недостаточно точно и в качестве примера ссылались на эксперименты Жана Стаса, который в 1840 году исправил атомный вес углерода с 11,26 (эта величина была установлена Берцелиусом) на 12,0.
И все же привлекательную гипотезу Праута пришлось на время оставить: вскоре тот же Стас тщательными и не подлежащими сомнению исследованиями установил, что, например, атомный вес хлора равен 35,45, т. е. никак не может быть выражен числом, кратным атомному весу водорода...
Но вот в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев создал свою периодическую классификацию элементов, положив в ее основу атомные веса элементов как их наиболее фундаментальную характеристику. И на первом месте в системе элементов, естественно, оказался водород.
С открытием периодического закона стадо ясно, что химические элементы образуют единый ряд, построение которого подчиняется какой-то внутренней закономерности. И это не могло вновь не вызвать к жизни гипотезу Праута, — правда, в несколько измененной форме: в 1888 году Уильям Крукс предположил, что все элементы, в том числе и водород, образованы путем уплотнения некоторой первичной материи, названной им протилом. А так как протил, рассуждал Крукс, по-видимому, имеет очень малый атомный вес, то отсюда понятно и возникновение дробных атомных весов.
Но вот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занимал вопрос: а почему периодическая система должна начинаться именно с водорода? Что мешает существованию элементов с атомным весом, меньше единицы? И в качестве такого элемента в 1905 годуМенделеев называет… «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес — 0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть по мнению Менделеева, всепроникающим, а его упругие колебания могли бы объяснить световые явления...
Увы, атому предвидению великого ученого не было суждено сбыться. Но Менделеев был прав в том отношении, что элементы не построены из тождественных частиц: мы знаем теперь, что они построены из протонов, нейтронов и электронов.
Но позвольте, воскликнете вы, ведь протон — это ядро атома водорода. Значит Праут был все-таки прав? Да, он действительно был по-своему прав. Но это была, если можно так выразиться, преждевременная правота, потому что в то время ее нельзя было ни по-настоящему подтвердить, ни по-настоящему опровергнуть...
Впрочем, сам водород сыграл в истории развития научной мысли еще немалую роль. В 1913 году Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, объяснившие на основе квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущность закона периодичности. И теория Бора была признана потому, что рассчитанный на ее основе спектр водорода полностью совпал с наблюдаемым.
3. Водород в природе.
Водород встречается в свободном состоянии на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добычи нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех животных и растительных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре 17%.
Водород самый распространенный элемент космоса. На его долю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. В недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Этот процесс протекает с выделением энергии; для многих звезд, в том числе для Солнца, он служит главным источником энергии. Скорость процесса, т. е. количество ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду, мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромности массы Солнца, общее количество энергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.
4. Получение водорода.
Наиболее старый способ получения водорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого
«магического порошка».
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды. Наиболее старый способ получения водорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого «магического порошка».
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
К смерти нас приводит дефицит протонов. Старение и его многочисленные лица, болезни, также являются результатом водородного дефицита. Организм без ионов водорода (протонов) не способен снять зеленый экран смерти и мы покидаем этот мир. Возникновение зеленого экрана зависит от дыхания кислородом воздуха, который сжигает розовый гем, превращая его в зеленый биливердин. Кислород — сильнейший окислитель. Но убирает зеленый экран водород (протон). Водород — сильнейший восстановитель. И если кислород — сжигатель, то водород — гаситель. Окисление и восстановление суть два противоположных процесса. Но эти процессы едины: одно не бывает без другого. Более того, там, где есть одно проявляется и прямо противоположное другое. Это хорошо видно на примере нашего дыхания. Биохимия называет дыхание биологическим окислением. Но та же биохимия дала дыханию и другое, более точное наименование. По-другому, дыхание — это отщепление водорода (протонов) от субстратов с помощью кислорода (дегидрирование субстратов). То есть согласно этому определению, кислород служит для того, чтобы получать ионы водорода. А мы уже знаем, для чего они нужны. Протоны нам дают возможность жить! Итак, кислород дыхания служит для получения протонов. Но значит, вполне справедливо и должно иметь место прямо противоположное явление, восстановление с помощью водорода, в результате чего мы должны повышать потребление кислорода. Но именно так это и происходит! Судите сами. Протон, убирая зеленый экран смерти, восстанавливает железо, увеличивает синтез гемоглобина и дыхательных ферментов. А это значит, что он позволяет увеличить объемы потребления кислорода воздуха, ибо есть, чем этот кислород принять! И главный признак старения организма, кислородный дефицит (гипоксия) исчезает. Таков фундаментальный закон Природы. Закон единства и борьбы противоположностей. (О нем — в последней главе). Без кислорода нет водорода, но и без водорода не бывать кислороду. С открытием Биочасов открылась дорога не только в долголетие, но и в «мечту всех мечт мечтее», в бессмертие! Но в чем же тогда дело? Почему мы все-таки умираем, несмотря на то, что между кислородом и водородом стоит причинно-следственный знак равенства? Секрет смерти в одной маленькой детали, можно сказать, в мелочи. Между кислородом и водородом можно было бы спокойно поставить знак равенства в том случае, если бы время нашей жизни в Биочасах Земли шло строго по кругу. А этого не происходит. Время идет по спирали, где каждый последующий годовой виток никогда не бывает точной копией витка предыдущего. Поэтому потраченная на производство протонов клеточная вода никогда не может быть полностью восполнена в годовом цикле окисления и восстановления. Мешает действие реликтового излучения Вселенной. Свою лепту в нашу смерть вносит и 11-летний цикл солнечной активности, связанный с вращением Солнца вокруг своей оси. Расстояние между годовыми витками спирали времени называется шагом. Шаг спирали жизни никогда не бывает постоянным. Шаг, учитываемый после прекращения периода роста, равен годовому дефициту протона. Получается, что при самом общем рассмотрении вопроса жизни и смерти человека, причиной смерти можно назвать дыхание кислородом воздуха. При ближайшем рассмотрении проблемы причиной смерти можно назвать водородный дефицит организма. При более пристальном взгляде на вещи, причиной смерти является спиральный ход времени в Биочасах относительно реликтового излучения Вселенной. Ну а при расследовании с пристрастием причиной смерти является реликтовое излучение Вселенной и периодическая активность Солнца в его 11-летнем цикле. Именно они не позволяют воспроизводить на Земле одно и то же время из года в год, а посему мы умираем. Но кто есть кто в этой фундаментальной причине? Ответ прост. Реликтовое излучение является радиоволнами, а Солнце сводит нас в могилу оранжевыми лучами своего спектра. Именно радиоволны и оранжевые лучи останавливают колебания весов Жизни в Биочасах, блокируя нашу печень, почку, толстую кишку, кору головного мозга, сердечную сумку, костный мозг и кости, желудок, мочевой пузырь. Но… Именно оранжевые лучи и радиоволны помогают снять нам зеленый экран смерти. Так почему же мы умираем? Что причина нашей смерти? Ответ все тот же: дефицит ионов водорода (протонов) суть причина смерти человека и всего живого на планете Земля. Да, никто не может погасить радиоволны реликтового излучения Вселенной, никто не может остановить движение и вращение Солнца, но никто не может запретить каждому из нас восполнить водородный дефицит и замкнуть спираль времени в кольцо времени. А в песне поется, что «у кольца начала нет и нет конца».
6. Водород и Вселенная.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции
21 Н + 31 Н 42 He + n0 + 17,6 Мэв.
Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское' по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба — сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время,— и это время не за горами,—когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас триста литров бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...
Список использованной литературы:
1. Большой энциклопедический словарь
2. «Основы общей химии» Г.И. Новиков — Москва, 1988г. «Высшая школа»
3. Справочник по химии 8-11 кл.
4. Учебное пособие для химико-технологических специальных ВУЗов
5. «Вариации на тему одной планеты», Франц Шебек Москва, 1977г.
6. «Семь чудес и другие», В.З. Черняк — Москва, 1990г.
www.ronl.ru
Задачи:
в процессе исследования изучить физические и химические свойства водорода и его соединений;
развивать дальнейшие умения составлять уравнения химических реакций;
учить сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы;
развивать познавательную деятельность через эксперимент и посредством заданий развивающего характера;
^ Метод обучения: Объяснительно-иллюстративный, проблемно-поисковый.
Организационные формы: беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся
^ Средства обучения: таблицы, химическое оборудование и реактивы, медиапроектор.
Приёмы активизации мыслительной деятельности учащихся:
Анализ учебной информации
Раскрытие межпредметных связей между химией, биологией, географией, астрономией.
Выдвижение гипотез
Анализ и составление обобщающих таблиц.
Основные особенности использования цифровых образовательных ресурсов:
Во время изучения данной темы будут использованы иллюстративные материалы интернет-ресурсов, содержащие справочные данные по физико-химическим свойствам и значении водорода и воды; ресурсы компакт-дисков, содержащих информацию и иллюстративный материал по данной теме; компьютерные программные средства – Microsoft Word, Microsoft Power Point, и другие для подготовки материалов к уроку и самостоятельной работы учащихся.
^ Компьютерная презентация к уроку (Приложение №1)
Ожидаемые результаты обучения:
В результате изучения данной темы учащиеся:
Получают знания о строении, свойствах и значении водорода на Земле и во Вселенной
Получают представление о распространенности водорода в природе
Приобретают знание физических и химических свойств водорода
Знакомятся с важнейшими областями применения водорода и методами его получения из природного сырья
Приобретают умение объяснить причину опасности работы с водородом
Приобретают навыки работы с химическими веществами и оборудованием
Умеют использовать средства Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Power Point, Front Page, Microsoft Office для подготовки презентаций, рефератов, докладов, проектных работ по данной теме.
Используемая литература:
С.С.Бердоносов, Е.А. Менделеева «Особенности содержания и методики преподавания некоторых избранных тем курса химии 8-9 классов.»Москва Педагогический университет 2006.
В.В.Еремин Н.Е Кузьменко.» Сборник задач и упражнений по химии. Школьный курс. Москва «ОНИКС21 век»Мир и Образование 2003.
Энциклопедический словарь юного химика.Москва. «Педагогика» 1990.
Журнал «Вокруг Света» Июль 2006. Разворот на водород.
Структура урока
I.Ориентировочно-мотивационный блок (Предъявление темы, обоснование её актуальности, возбуждение интереса к ней). Вводная беседа, создание проблемной ситуации.
II. Информационный блок (Формирование стержневой проблемы, организация обсуждения по этапам, составление опорного конспекта.)
III. Генерализация (Обобщение и систематизация результатов поиска и ответа на проблему, составление схем обобщающих поисковую деятельность )
IV. Рефлексия.
V. Домашнее задание.
^ Ход урока
Эпиграф к уроку:
И если вчера человечество благоговело перед новым видом энергии- электричеством, а позавчера перед паровым котлом, то сегодня мы управляем реакцией распада атомного ядра, а завтра будем управлять реакцией синтеза ядер- создадим земные солнца!
Д.И.Щербаков.
Учитель:
Впервые этот газ в чистом виде выделил 240 лет назад английский химик Генри Кавендиш. Свойства полученного им газа были настолько удивительны, что ученый принял его за легендарный «флогистон», «теплород» — вещество, по канонам науки того времени определявшее температуру тел. Он прекрасно горел (а огонь считался почти чистым флогистоном), был необычайно легок, в 15 раз легче воздуха, хорошо впитывался металлами и так далее. Однако другой великий химик, француз Антуан-Лоран Лавуазье, уже в 1787 году доказал, что полученное Кавендишем вещество — вполне обычный, хотя и очень интересный химический элемент. Свое название он получил оттого, что при горении давал не дым, сажу и копоть, а воду. Кстати, именно эта его особенность больше всего привлекает сегодняшних экологов и «зеленых».
О каком газе идет речь?
Ученики: ^ О Водороде
Учитель:
Итак тема нашего урока «Водород».
Ребята, а что бы вы хотели узнать об этом удивительном элементе. Составим схему:
Общая характеристика
Применение Водород в природе
Атом водорода
Получение Водород
Молекула водорода
Химические свойства
Физические свойства
Опорный конспект:
Общая характеристика:
Водород занимает первое место в периодической системе (Z = 1). Он имеет простейшее строение атома: ядро атома окружено электронным облаком. Электронная конфигурация 1s1.
В одних условиях водород проявляет металлические свойства (отдает электрон), в других — неметаллические (принимает электрон). Однако по свойствам он более сходен с галогенами, чем со щелочными металлами. Поэтому водород помещают в VII группу периодической системы элементов Д.И. Менделеева, а в I группе символ водорода заключают в скобки.
^ Водород в природе:
Водород широко распространен в природе — содержится в воде, во всех органических соединениях, в свободном виде — в некоторых природных газах. Содержание его в земной коре достигает 0,15% ее массы (с учетом гидросферы — 1%). Водород составляет половину массы Солнца.
Когда-то люди обожествляли Солнце. Но теперь оно стало объектом точных исследований, и мы редко задумываемся о том, что само наше существование целиком и полностью зависит от происходящих на нем процессов.
Каждую секунду Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную примерно 4 млн т массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядер водорода, протонов, в ядро гелия; реакция идет в несколько стадий, а ее суммарный результат записывается вот таким уравнением:
411Н+ → 42Не2+ + 2е+ + 26,7 МэВ.
Много это или мало –26,7 МэВ на один элементарный акт? Очень много: при «сгорании» 1 г протонов выделяется в 20 млн раз больше энергии, чем при сгорании 1 г каменного угля. На Земле такую реакцию еще никто не наблюдал: она идет при температуре и давлении, существующих лишь в недрах звезд и еще не освоенных человеком.
Солнце - это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия, температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000о К), а давление в его недрах возросло настолько ( 1,5х105 кг/м3), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий и вероятно ещё через 5 млрд. лет, когда в центре светила водород будет на исходе, Солнце ( жёлтый карлик в настоящее время) увеличится в размерах и станет красным гигантом.
В природе водород встречается в виде двух изотопов — протия (99,98%) и дейтерия (0,02%). Поэтому в обычной воде содержатся большие количества тяжелой воды
^ Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщенной пары электронов (или общего электронного облака):
Н:Н или Н2
Благодаря этому обобщению электронов молекула Н2 более энергетически устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж:
Н2 = 2Н, ∆H° = 436 кДж/моль
Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
^ Физические свойства.
Водород — это самый легкий газ (он в 14,4 раза легче воздуха), не имеет цвета, вкуса и запаха. Мало растворим в воде (в 1 л воды при 20°С растворяется 18 мл водорода). При температуре — 252,8°С и атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород бесцветен.
Кроме водорода с массовым числом 1 существуют изотопы с массовыми числами 2 и 3 — дейтерий D и тритий Т.
Газообразный водород может существовать в двух формах (модификациях) — в виде орто- и пара- водорода.
В молекуле ортоводорода (т. пл. -259,20 °С, т. кип. -252,76 °С) ядерные спины направлены одинаково (параллельны), а у параводорода (т. пл. -259,32 °С, т. кип. -252,89 °С) — противоположно друг другу (антипараллельны).
Химические свойства
Для водорода характерны следующие реакции с простыми веществами (с Al, B, Si, P соединения водорода получают косвенным путём):^ Взаимодействие с неметаллами При поджигании или в присутствии платинового катализатора реагирует с кислородом
O2 + 2h3 = 2h3O, реакция протекает со взрывом.
Смесь двух объёмов водорода и одного объёма кислорода называется гремучим газом.
При нагревании водород обратимо взаимодействует с серой:
S + h3 ⇔ h3S
С азотом — при нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора (железо):
N2 + 3h3 = 2Nh4
С галогенами образует галогеноводороды:
F2 + h3 = 2HF, реакция протекает со взрывом при любой температуре,
Cl2 + h3 = 2HCl, реакция протекает только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании:
C + 2h3 = Ch5 ^ ] Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами Водород образует с активными металлами гидриды:
Na + h3 = 2NaH
Ca + h3 = Cah3
Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:
Cah3 + 2h3O = Ca(OH)2 + 2h3 ↑ ^ Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов) Оксиды восстанавливаются до металлов:
CuO + h3 = Cu + h3O
Fe2O3 + 3h3 = 2Fe + 3h3O
WO3 + 3h3 = W + 3h3O ^ Гидрирование органических соединений При действии водорода на ненасыщенные углеводороды в присутствии никель-катализатора и повышенной температуре происходит реакция гидрирования:
Ch3=Ch3 + h3 = Ch4-Ch4
Водород восстанавливает альдегиды до спиртов:
Ch4CHO + h3 = C2H5OH
Получение:
Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород.
Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии (Университет Нового Южного Уэльса, Австралия). В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора (диоксида титана)
^ В промышленности 1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl + 2h3O → h3 + 2NaOH + Cl2
2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
h3O + C ⇔ h3 + CO
3.Из природного газа.
Конверсия с водяным паром:
Ch5 + h3O ⇔ CO + 3h3 (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2Ch5 + O2 ⇔ 2CO + 4h3
4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.^ В лаборатории 1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + h3
2.Взаимодействие кальция с водой:
Ca + 2h3O = Ca(OH)2 + h3
3.Гидролиз гидридов:
NaH + h3O = NaOH + h3
4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al + 2NaOH + 6h3O = 2Na[Al(OH)4] + 3h3
Zn + 2KOH + 2h3O = K2[Zn(OH)4] + h3
5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2h4O+ + 2e = h3 + 2h3O
Применение:В качестве перспективного горючего водород начал рассматриваться уже в середине прошлого века, а до этого он успел поработать в дирижаблях и сварочных аппаратах, ныне же часто трудится в роли одного из самых эффективных аккумуляторов энергии. Внедрение водорода в качестве горючего долго тормозилось его взрывоопасностью, а самое главное, себестоимостью его добычи. Но скоро ситуация может резко измениться
Наработав в достаточном количестве этот легкий газ, люди сначала приспособили его для воздушных полетов. В этом качестве первый элемент Таблицы Менделеева применяли вплоть до 1937 года, когда в воздухе сгорел крупнейший в мире, в два футбольных поля размером, заполненный водородом немецкий дирижабль «Гинденбург». Катастрофа унесла жизни 36 человек, и на таком использовании водорода был поставлен крест. С тех пор аэростаты заправляют исключительно гелием. Гелий — газ, увы, более плотный, но зато негорючий. .
Водород используют при синтезе аммиака Nh4, хлороводорода HCl, метанола СН3ОН, при гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов, как восстановитель при получении некоторых металлов. Гидрированием природных растительных масел получают твёрдый жир — маргарин. Жидкий водород находит применение как ракетное топливо, а также как хладагент. Смесь кислорода с водородом используют при сварке.
Одно время высказывалось предположение, что в недалёком будущем основным источником получения энергии станет реакция горения водорода, и водородная энергетика вытеснит традиционные источники получения энергии (уголь, нефть и др.). При этом предполагалось, что для получения водорода в больших масштабах можно будет использовать электролиз воды. Электролиз воды — довольно энергоёмкий процесс, и в настоящее время получать водород электролизом в промышленных масштабах невыгодно. Но ожидалось, что электролиз будет основан на использовании среднетемпературной (500—600 °C) теплоты, которая в больших количествах возникает при работе атомных электростанций. Эта теплота имеет ограниченное применение, и возможности получения с её помощью водорода позволили бы решить как проблему экологии (при сгорании водорода на воздухе количество образующихся экологически вредных веществ минимально), так и проблему утилизации среднетемпературной теплоты.
В 1979 году компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы водяной пар. В эпоху усиливающейся борьбы с вредными выхлопами машина была воспринята как вызов консервативному автомобильному рынку. Вслед за BMW в экологическую сторону потянулись и другие производители. К концу века каждая уважающая себя автокомпания имела в запаснике хотя бы один концепт-кар, работающий на водородном топливе.
Баварские автомобилестроители в рамках программы CleanEnergy («чистая энергия») приспособили под езду на Н2 несколько «семерок» и MINI Cooper.
Оборудованная 4-литровым двигателем водородная «семерка» развивает мощность в 184 лошадиные силы и проходит на одной заправке (170 литтров жидкого водорода «под завязку») 300 км.
Но большинство производителей пошли по пути создания электромобилей на топливных элементах. Ибо кроме «экологичности» у них есть масса других преимуществ. Например, гораздо более высокий (до нескольких раз) КПД двигателя или бесшумность.
А больше всех новым топливом заинтересовались японцы. И это понятно. Эта страна, практически лишенная хоть каких-нибудь природных запасов нефти и газа, обладает неограниченными объемами сырья для водорода (в виде океанской воды) и поистине завидной сообразительностью населения. А поэтому здесь водородные аналоги есть практически у любого вида техники — от работающего на топливных элементах локомотива до человекоподобного робота SpeecysFC. К тому же японцы вовсю ведут разработки топливных элементов для ноутбуков и мобильных телефонов. Вопрос? Так как же хранят водород?
Водородное топливо сберегают тремя способами: в сжатом виде, в сжиженном и в металлогидридах. Самое простое, конечно, — закачать водород в бак мощным компрессором. В баках той же Mazda водородное топливо содержится под давлением 350 атмосфер. Но способ этот, будучи самым дешевым, и самый небезопасный. При таком высоком давлении любая слабинка в системе грозит протечкой газа. А где протечка, там пожар, а то и взрыв.
Более надежный и практичный способ — держать водород в жидком виде. Но для этого его нужно охладить до –253 градусов Цельсия. В BMW топливо хранится именно в таком виде: поэтому почти половину топливной системы занимает мощнейшая теплоизоляция. И все равно, стоит оставить машину на стоянке, скажем, на недельку, и она встретит вернувшегося хозяина с пустыми баками. Никакая изоляция не может полностью защитить систему от нагрева. В результате водород начинает испаряться, давление в баке растет, и газ просто стравливается в атмосферу через предохранительный клапан. По техническим условиям полная заправка испаряется всего за три дня…
Самый перспективный способ — хранение в металлогидридных композициях. Водород, оказывается, очень хорошо растворяется металлами, как вода впитывается губкой. Причем он поглощается в огромных объемах, значительно превосходящих объемы «губки». Такие «напитанные» водородом металлы называются металлогидридами. При охлаждении они вбирают водород, при нагревании — активно его отдают.
Представьте себе такой опыт. В приборе для электролиза воды катод изготовлен в виде пластинки. Вы включаете ток, и... пластинка сама собой начинает изгибаться! Секрет этого фокуса заключается в том, что пластинка изготовлена из палладия и с одной стороны покрыта слоем лака. При электролизе на не лакированной стороне пластинки выделяется водород и тотчас же растворяется в металле; а так как при этом объем палладия увеличивается, то возникает усилие, изгибающее пластинку.
Это явлении, называется окклюзией.
^ Водород и будущее Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции:
21Н + 31Н → 42Не +10n + 17,6 МэВ.
Эта реакция начинается при 10 млн градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба – сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время – и это время не за горами, – когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас 300 л бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...
^ Домашнее задание: Ответить на контрольные вопросы,
Контрольные вопросы по теме:
Какой элемент характеризуется наибольшей распространенностью во Вселенной?
Кто впервые выделил водород в чистом виде?
Какова электронная конфигурация водорода?
Назовите изотопы водорода.
Чем объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
В каких модификациях может существовать газообразный водород?
Охарактеризуйте химические свойства водорода.
Что называют гремучим газом?
Какие соединения водород образует с активными металлами?
Оксиды каких элементов восстанавливаются до металлов водородом?
Что такое реакции гидрирования?
Каковы способы получения водорода в промышленности?
Как получают водород в лаборатории?
Перечислите основные области применения водорода.
Что такое водородное топливо?
Почему баллоны, содержащие сжатый кислород можно хранить в помещениях, а баллоны с водородом нельзя?
Каково значение водорода в природе.
Проверочные задания по теме водород:
1) Какой минимальный объем гремучего газа нужно использовать для получения
2 л воды?
2) Какую массу цинка (г) надо растворить в соляной кислоте, чтобы полученным водородом можно было восстановить 14.4 г оксида меди(II)?
3)Самый тяжелый из изотопов водорода- тритий- радиактивен. В какой элемент превращается радиактивный водород при β-распаде?
4)Рассчитайте количество водорода, которое может быть получено из 21 г гидрида кальция в случае: а) термического разложения твердого образца; б) реакции такого же образца с водой.
5) В солнечной атмосфере содержится 82% водорода-1 и 18 % гелия-4 по числу атомов. Рассчитайте массовую долю атомарного водорода в атмосфере солнца.
6) Допишите уравнения реакций:
Zn + 2HCl = ? + h3
? + 2h3O = Ca(OH)2 + h3
NaH + h3O = NaOH + ?
2Al + 2NaOH + 6h3O = ? + 3h3
Zn + ? + 2h3O = K2[Zn(OH)4] + h3
www.ronl.ru
На темуСредней школы № 64
Серазетдинова Диана -
Под руководством учителя химии
Захаровой Л.С.
Казань 2001г.
План:
1. Введение.
2. Водород. Положение элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
3. Водород в природе.
4. Получение водорода.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
6. Водород и Вселенная.
7. Список использованной литературы.
1.Введение.
Водород (Hudrogenium) был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавендиш (Англия) установил его свойства и указал отличия от других газов. Водород имеет три изотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н или D, тритий ³Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). В природных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1:6800 (по числу атомов). Тритий в природе находится в ничтожно малых количествах.
Ядро атома водорода ¹Н содержит один протон. Ядро дейтерия и трития включают не только протон, но и один, два нейтрона. Молекула водорода состоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу водорода:
Энергия ионизации атома, эВ 13,60
Сродство атома к электрону, эВ 0,75
Относительная электроотрицательность 2,1
Радиус атома, нм 0,046
Межъядерное расстояние в молекуле, нм 0,0741
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25ºС436,1
2. Водород. Положение водорода в периодической таблице Д.И. Менделеева.
В самом конце XVIII и в начале XIХ века химия вступила в период установления количественных закономерностей: в 1803 году был сформулирован закон кратных отношений (вещества реагируют между собой в весовых отношениях, кратных химическим эквивалентам), а в 1814 году опубликована первая в истории химической науки таблица относительных атомных весов элементов. В этой таблице на первом месте оказался водород, а атомные массы других элементов выражались числами, близкими к целым.
Особое положение, которое с самого начала занял водород, не могло не привлечь внимания ученых, и в 1841 году химики смогли ознакомиться с теорией Уильяма Праута, развившего теорию Древнегреческих философов о единстве мира и предположившего, что все элементы образованы из водорода как из самого легкого элемента. Прауту возражал Й.Я. Берцелиус, как раз занимавшийся уточнением атомных весов: из его опытов следовало, что атомные веса элементов не находятся в целочисленных отношениях к атомному весу водорода. Но, возражали сторонники Праута, атомные веса определены еще недостаточно точно и в качестве примера ссылались на эксперименты Жана Стаса, который в 1840 году исправил атомный вес углерода с 11,26 (эта величина была установлена Берцелиусом) на 12,0.
И все же привлекательную гипотезу Праута пришлось на время оставить: вскоре тот же Стас тщательными и не подлежащими сомнению исследованиями установил, что, например, атомный вес хлора равен 35,45, т. е. никак не может быть выражен числом, кратным атомному весу водорода...
Но вот в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев создал свою периодическую классификацию элементов, положив в ее основу атомные веса элементов как их наиболее фундаментальную характеристику. И на первом месте в системе элементов, естественно, оказался водород.
С открытием периодического закона стадо ясно, что химические элементы образуют единый ряд, построение которого подчиняется какой-то внутренней закономерности. И это не могло вновь не вызвать к жизни гипотезу Праута, — правда, в несколько измененной форме: в 1888 году Уильям Крукс предположил, что все элементы, в том числе и водород, образованы путем уплотнения некоторой первичной материи, названной им протилом. А так как протил, рассуждал Крукс, по-видимому, имеет очень малый атомный вес, то отсюда понятно и возникновение дробных атомных весов.
Но вот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занимал вопрос: а почему периодическая система должна начинаться именно с водорода? Что мешает существованию элементов с атомным весом, меньше единицы? И в качестве такого элемента в 1905 годуМенделеев называет… «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес — 0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть по мнению Менделеева, всепроникающим, а его упругие колебания могли бы объяснить световые явления...
Увы, атому предвидению великого ученого не было суждено сбыться. Но Менделеев был прав в том отношении, что элементы не построены из тождественных частиц: мы знаем теперь, что они построены из протонов, нейтронов и электронов.
Но позвольте, воскликнете вы, ведь протон — это ядро атома водорода. Значит Праут был все-таки прав? Да, он действительно был по-своему прав. Но это была, если можно так выразиться, преждевременная правота, потому что в то время ее нельзя было ни по-настоящему подтвердить, ни по-настоящему опровергнуть...
Впрочем, сам водород сыграл в истории развития научной мысли еще немалую роль. В 1913 году Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, объяснившие на основе квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущность закона периодичности. И теория Бора была признана потому, что рассчитанный на ее основе спектр водорода полностью совпал с наблюдаемым.
3. Водород в природе.
Водород встречается в свободном состоянии на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добычи нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех животных и растительных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре 17%.
Водород самый распространенный элемент космоса. На его долю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. В недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Этот процесс протекает с выделением энергии; для многих звезд, в том числе для Солнца, он служит главным источником энергии. Скорость процесса, т. е. количество ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду, мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромности массы Солнца, общее количество энергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.
4. Получение водорода.
Наиболее старый способ получения водорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого
«магического порошка».
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды. Наиболее старый способ получения водорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого «магического порошка».
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
К смерти нас приводит дефицит протонов. Старение и его многочисленные лица, болезни, также являются результатом водородного дефицита. Организм без ионов водорода (протонов) не способен снять зеленый экран смерти и мы покидаем этот мир. Возникновение зеленого экрана зависит от дыхания кислородом воздуха, который сжигает розовый гем, превращая его в зеленый биливердин. Кислород — сильнейший окислитель. Но убирает зеленый экран водород (протон). Водород — сильнейший восстановитель. И если кислород — сжигатель, то водород — гаситель. Окисление и восстановление суть два противоположных процесса. Но эти процессы едины: одно не бывает без другого. Более того, там, где есть одно проявляется и прямо противоположное другое. Это хорошо видно на примере нашего дыхания. Биохимия называет дыхание биологическим окислением. Но та же биохимия дала дыханию и другое, более точное наименование. По-другому, дыхание — это отщепление водорода (протонов) от субстратов с помощью кислорода (дегидрирование субстратов). То есть согласно этому определению, кислород служит для того, чтобы получать ионы водорода. А мы уже знаем, для чего они нужны. Протоны нам дают возможность жить! Итак, кислород дыхания служит для получения протонов. Но значит, вполне справедливо и должно иметь место прямо противоположное явление, восстановление с помощью водорода, в результате чего мы должны повышать потребление кислорода. Но именно так это и происходит! Судите сами. Протон, убирая зеленый экран смерти, восстанавливает железо, увеличивает синтез гемоглобина и дыхательных ферментов. А это значит, что он позволяет увеличить объемы потребления кислорода воздуха, ибо есть, чем этот кислород принять! И главный признак старения организма, кислородный дефицит (гипоксия) исчезает. Таков фундаментальный закон Природы. Закон единства и борьбы противоположностей. (О нем — в последней главе). Без кислорода нет водорода, но и без водорода не бывать кислороду. С открытием Биочасов открылась дорога не только в долголетие, но и в «мечту всех мечт мечтее», в бессмертие! Но в чем же тогда дело? Почему мы все-таки умираем, несмотря на то, что между кислородом и водородом стоит причинно-следственный знак равенства? Секрет смерти в одной маленькой детали, можно сказать, в мелочи. Между кислородом и водородом можно было бы спокойно поставить знак равенства в том случае, если бы время нашей жизни в Биочасах Земли шло строго по кругу. А этого не происходит. Время идет по спирали, где каждый последующий годовой виток никогда не бывает точной копией витка предыдущего. Поэтому потраченная на производство протонов клеточная вода никогда не может быть полностью восполнена в годовом цикле окисления и восстановления. Мешает действие реликтового излучения Вселенной. Свою лепту в нашу смерть вносит и 11-летний цикл солнечной активности, связанный с вращением Солнца вокруг своей оси. Расстояние между годовыми витками спирали времени называется шагом. Шаг спирали жизни никогда не бывает постоянным. Шаг, учитываемый после прекращения периода роста, равен годовому дефициту протона. Получается, что при самом общем рассмотрении вопроса жизни и смерти человека, причиной смерти можно назвать дыхание кислородом воздуха. При ближайшем рассмотрении проблемы причиной смерти можно назвать водородный дефицит организма. При более пристальном взгляде на вещи, причиной смерти является спиральный ход времени в Биочасах относительно реликтового излучения Вселенной. Ну а при расследовании с пристрастием причиной смерти является реликтовое излучение Вселенной и периодическая активность Солнца в его 11-летнем цикле. Именно они не позволяют воспроизводить на Земле одно и то же время из года в год, а посему мы умираем. Но кто есть кто в этой фундаментальной причине? Ответ прост. Реликтовое излучение является радиоволнами, а Солнце сводит нас в могилу оранжевыми лучами своего спектра. Именно радиоволны и оранжевые лучи останавливают колебания весов Жизни в Биочасах, блокируя нашу печень, почку, толстую кишку, кору головного мозга, сердечную сумку, костный мозг и кости, желудок, мочевой пузырь. Но… Именно оранжевые лучи и радиоволны помогают снять нам зеленый экран смерти. Так почему же мы умираем? Что причина нашей смерти? Ответ все тот же: дефицит ионов водорода (протонов) суть причина смерти человека и всего живого на планете Земля. Да, никто не может погасить радиоволны реликтового излучения Вселенной, никто не может остановить движение и вращение Солнца, но никто не может запретить каждому из нас восполнить водородный дефицит и замкнуть спираль времени в кольцо времени. А в песне поется, что «у кольца начала нет и нет конца».
6. Водород и Вселенная.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции
21 Н + 31 Н 42 He + n0 + 17,6 Мэв.
Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское' по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба — сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время,— и это время не за горами,—когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас триста литров бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...
Список использованной литературы:
1. Большой энциклопедический словарь
2. «Основы общей химии» Г.И. Новиков — Москва, 1988г. «Высшая школа»
3. Справочник по химии 8-11 кл.
4. Учебное пособие для химико-технологических специальных ВУЗов
5. «Вариации на тему одной планеты», Франц Шебек Москва, 1977г.
6. «Семь чудес и другие», В.З. Черняк — Москва, 1990г.
www.ronl.ru
На
тему
Выполнила ученица 11 класса Г
Средней школы № 64
Серазетдинова Диана?
Под руководством учителя химии
Захаровой Л.С.
Казань 2001г.
План:
1. Введение.
2. Водород. Положение элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
3. Водород в природе.
4. Получение водорода.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
6. Водород и Вселенная.
7. Список использованной литературы.
1.Введение.
Водород (Hudrogenium) был открыт в первой половине XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавендиш (Англия) установил его свойства и указал отличия от других газов. Водород имеет три изотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н или D, тритий ³Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). В природных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1:6800 (по числу атомов). Тритий в природе находится в ничтожно малых количествах.
Ядро атома водорода ¹Н содержит один протон. Ядро дейтерия и трития включают не только протон, но и один, два нейтрона. Молекула водорода состоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу водорода:
Энергия ионизации атома, эВ 13,60
Сродство атома к электрону, эВ 0,75
Относительная электроотрицательность 2,1
Межъядерное расстояние в молекуле, нм 0,0741
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25ºС 436,1
2. Водород. Положение водорода в периодической таблице Д.И. Менделеева.
В самом конце XVIII и в начале XIХ века химия вступила в период установления количественных закономерностей: в 1803 году был сформулирован закон кратных отношений (вещества реагируют между собой в весовых отношениях, кратных химическим эквивалентам), а в 1814 году опубликована первая в истории химической науки таблица относительных атомных весов элементов. В этой таблице на первом месте оказался водород, а атомные массы других элементов выражались числами, близкими к целым.
Особое положение, которое с самого начала занял водород, не могло не привлечь внимания ученых, и в 1841 году химики смогли ознакомиться с теорией Уильяма Праута, развившего теорию Древнегреческих философов о единстве мира и предположившего, что все элементы образованы из водорода как из самого легкого элемента. Прауту возражал Й.Я. Берцелиус, как раз занимавшийся уточнением атомных весов: из его опытов следовало, что атомные веса элементов не находятся в целочисленных отношениях к атомному весу водорода. Но, возражали сторонники Праута, атомные веса определены еще недостаточно точно и в качестве примера ссылались на эксперименты Жана Стаса, который в 1840 году исправил атомный вес углерода с 11,26 (эта величина была установлена Берцелиусом) на 12,0.
И все же привлекательную гипотезу Праута пришлось на время оставить: вскоре тот же Стас тщательными и не подлежащими сомнению исследованиями установил, что, например, атомный вес хлора равен 35,45, т. е. никак не может быть выражен числом, кратным атомному весу водорода...
Но вот в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев создал свою периодическую классификацию элементов, положив в ее основу атомные веса элементов как их наиболее фундаментальную характеристику. И на первом месте в системе элементов, естественно, оказался водород.
С открытием периодического закона стадо ясно, что химические элементы образуют единый ряд, построение которого подчиняется какой-то внутренней закономерности. И это не могло вновь не вызвать к жизни гипотезу Праута, — правда, в несколько измененной форме: в 1888 году Уильям Крукс предположил, что все элементы, в том числе и водород, образованы путем уплотнения некоторой первичной материи, названной им протилом. А так как протил, рассуждал Крукс, по-видимому, имеет очень малый атомный вес, то отсюда понятно и возникновение дробных атомных весов.
Но вот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занимал вопрос: а почему периодическая система должна начинаться именно с водорода? Что мешает существованию элементов с атомным весом, меньше единицы? И в качестве такого элемента в 1905 году Менделеев называет... «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес — 0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть по мнению Менделеева, всепроникающим, а его упругие колебания могли бы объяснить световые явления...
Увы, атому предвидению великого ученого не было суждено сбыться. Но Менделеев был прав в том отношении, что элементы не построены из тождественных частиц: мы знаем теперь, что они построены из протонов, нейтронов и электронов.
Но позвольте, воскликнете вы, ведь протон — это ядро атома водорода. Значит Праут был все-таки прав? Да, он действительно был по-своему прав. Но это была, если можно так выразиться, преждевременная правота, потому что в то время ее нельзя было ни по-настоящему подтвердить, ни по-настоящему опровергнуть...
Впрочем, сам водород сыграл в истории развития научной мысли еще немалую роль. В 1913 году Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, объяснившие на основе квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущность закона периодичности. И теория Бора была признана потому, что рассчитанный на ее основе спектр водорода полностью совпал с наблюдаемым.
3. Водород в природе.
Водород встречается в свободном состоянии на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добычи нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех животных и растительных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре 17%.
Водород самый распространенный элемент космоса. На его долю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. В недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Этот процесс протекает с выделением энергии; для многих звезд, в том числе для Солнца, он служит главным источником энергии. Скорость процесса, т. е. количество ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду, мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало. Однако, вследствие огромности массы Солнца, общее количество энергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.
4. Получение водорода.
Наиболее старый способ получения водорода - электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде - кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты - использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого
"магического порошка".
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды. Наиболее старый способ получения водорода - электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде - кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для получения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты - использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода без огромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода. Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом. Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинается активное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого "магического порошка".
Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
К смерти нас приводит дефицит протонов. Старение и его многочисленные лица, болезни, также являются результатом водородного дефицита. Организм без ионов водорода (протонов) не способен снять зеленый экран смерти и мы покидаем этот мир. Возникновение зеленого экрана зависит от дыхания кислородом воздуха, который сжигает розовый гем, превращая его в зеленый биливердин. Кислород - сильнейший окислитель. Но убирает зеленый экран водород (протон). Водород - сильнейший восстановитель. И если кислород - сжигатель, то водород - гаситель. Окисление и восстановление суть два противоположных процесса. Но эти процессы едины: одно не бывает без другого. Более того, там, где есть одно проявляется и прямо противоположное другое. Это хорошо видно на примере нашего дыхания. Биохимия называет дыхание биологическим окислением. Но та же биохимия дала дыханию и другое, более точное наименование. По-другому, дыхание - это отщепление водорода (протонов) от субстратов с помощью кислорода (дегидрирование субстратов). То есть согласно этому определению, кислород служит для того, чтобы получать ионы водорода. А мы уже знаем, для чего они нужны. Протоны нам дают возможность жить! Итак, кислород дыхания служит для получения протонов. Но значит, вполне справедливо и должно иметь место прямо противоположное явление, восстановление с помощью водорода, в результате чего мы должны повышать потребление кислорода. Но именно так это и происходит! Судите сами. Протон, убирая зеленый экран смерти, восстанавливает железо, увеличивает синтез гемоглобина и дыхательных ферментов. А это значит, что он позволяет увеличить объемы потребления кислорода воздуха, ибо есть, чем этот кислород принять! И главный признак старения организма, кислородный дефицит (гипоксия) исчезает. Таков фундаментальный закон Природы. Закон единства и борьбы противоположностей. (О нем - в последней главе). Без кислорода нет водорода, но и без водорода не бывать кислороду. С открытием Биочасов открылась дорога не только в долголетие, но и в "мечту всех мечт мечтее", в бессмертие! Но в чем же тогда дело? Почему мы все-таки умираем, несмотря на то, что между кислородом и водородом стоит причинно-следственный знак равенства? Секрет смерти в одной маленькой детали, можно сказать, в мелочи. Между кислородом и водородом можно было бы спокойно поставить знак равенства в том случае, если бы время нашей жизни в Биочасах Земли шло строго по кругу. А этого не происходит. Время идет по спирали, где каждый последующий годовой виток никогда не бывает точной копией витка предыдущего. Поэтому потраченная на производство протонов клеточная вода никогда не может быть полностью восполнена в годовом цикле окисления и восстановления. Мешает действие реликтового излучения Вселенной. Свою лепту в нашу смерть вносит и 11-летний цикл солнечной активности, связанный с вращением Солнца вокруг своей оси. Расстояние между годовыми витками спирали времени называется шагом. Шаг спирали жизни никогда не бывает постоянным. Шаг, учитываемый после прекращения периода роста, равен годовому дефициту протона. Получается, что при самом общем рассмотрении вопроса жизни и смерти человека, причиной смерти можно назвать дыхание кислородом воздуха. При ближайшем рассмотрении проблемы причиной смерти можно назвать водородный дефицит организма. При более пристальном взгляде на вещи, причиной смерти является спиральный ход времени в Биочасах относительно реликтового излучения Вселенной. Ну а при расследовании с пристрастием причиной смерти является реликтовое излучение Вселенной и периодическая активность Солнца в его 11-летнем цикле. Именно они не позволяют воспроизводить на Земле одно и то же время из года в год, а посему мы умираем. Но кто есть кто в этой фундаментальной причине? Ответ прост. Реликтовое излучение является радиоволнами, а Солнце сводит нас в могилу оранжевыми лучами своего спектра. Именно радиоволны и оранжевые лучи останавливают колебания весов Жизни в Биочасах, блокируя нашу печень, почку, толстую кишку, кору головного мозга, сердечную сумку, костный мозг и кости, желудок, мочевой пузырь. Но... Именно оранжевые лучи и радиоволны помогают снять нам зеленый экран смерти. Так почему же мы умираем? Что причина нашей смерти? Ответ все тот же: дефицит ионов водорода (протонов) суть причина смерти человека и всего живого на планете Земля. Да, никто не может погасить радиоволны реликтового излучения Вселенной, никто не может остановить движение и вращение Солнца, но никто не может запретить каждому из нас восполнить водородный дефицит и замкнуть спираль времени в кольцо времени. А в песне поется, что «у кольца начала нет и нет конца».
6. Водород и Вселенная.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции
21Н + 31Н 42He + n0 + 17,6 Мэв.
Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское' по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба — сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время,— и это время не за горами,—когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас триста литров бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...
Список использованной литературы:
1. Большой энциклопедический словарь
2. «Основы общей химии» Г.И. Новиков - Москва, 1988г. «Высшая школа»
3. Справочник по химии 8-11 кл.
4. Учебное пособие для химико-технологических специальных ВУЗов
5. «Вариации на тему одной планеты», Франц Шебек Москва, 1977г.
6. «Семь чудес и другие», В.З. Черняк - Москва, 1990г.
www.referatmix.ru
