Оглавление
- 1 Водород
- 1.1 Общие сведения о водороде
- 1.2 История и свойства
- 1.3 Химические свойства
- 1.4 Фазы и соединения
- 1.5 Применение и производство
- 1.6 История открытия водорода
- 1.7 Свойства и применение водорода
- 1.8 Тепловые и физические свойства
- 1.9 История использования водорода
- 1.10 Дирижабли на водороде
- 1.11 История использования водорода в авиации
- 1.12 Использование водорода в промышленности
- 1.13 Космическая распространенность и распределение
- 1.14 Производство водорода
- 1.15 Будущее водорода
- 1.16 Производство водорода
- 1.17 Применение водорода
- 1.18 Экологические аспекты
- 1.19 Недостатки водорода
- 1.20 Другие применения
- 1.21 Биологические реакции
- 1.22 Использование водорода бактериями
- 1.23 Водород в организме человека
- 1.24 Фотосинтез и водород
- 1.25 Опасности водорода
- 1.26 Физические и химические свойства водорода
- 1.27 Водородные технологии и экономика
- 1.28 Природный водород и пиролиз
- 1.29 Полный текст статьи:
- 2 Водород
Водород
-
Общие сведения о водороде
- Водород — самый легкий элемент, состоящий из двухатомных молекул H2.
- Не имеет цвета, запаха, нетоксичен и легко воспламеняется.
- Составляет около 75% всего вещества во Вселенной.
-
История и свойства
- Впервые получен искусственным путем в начале 16 века.
- Генри Кавендиш выделил водород в 1766-1781 годах.
- Газообразный водород легко воспламеняется и образует взрывоопасные смеси с воздухом и хлором.
- Пламя водорода голубое и напоминает пламя природного газа.
-
Химические свойства
- Водород не вступает в реакцию с двухатомными элементами, но реагирует с хлором и фтором.
- Энергетический уровень основного состояния электрона в атоме водорода составляет -13,6 эВ.
- Водород существует в виде двух спиновых изомеров: орто- и параводорода.
-
Фазы и соединения
- Водород существует в газообразном, жидком, твердом, металлическом и плазменном состояниях.
- Образует ковалентные и органические соединения с большинством элементов.
- Водород хорошо растворим в металлах, что может быть проблемой для их конструкции.
-
Применение и производство
- Водород используется в переработке ископаемого топлива, производстве аммиака и топливных элементах.
- Основные промышленные применения включают гидрокрекинг и производство аммиака.
- Водород производится путем паровой конверсии природного газа и электролиза воды.
-
История открытия водорода
- Роберт Бойль открыл водород в 1671 году, используя железные опилки и кислоты.
- Генри Кавендиш в 1766 году признал водород отдельным веществом.
- Антуан Лавуазье в 1783 году выделил водород как элемент.
-
Свойства и применение водорода
- Водород состоит из трех изотопов: протий (1H), дейтерий (2H) и тритий (3H).
- Протий стабилен и не содержит нейтронов.
- Дейтерий стабилен и используется в тяжелой воде и ядерных реакторах.
- Тритий радиоактивен и используется в светящейся краске и ядерных реакциях.
-
Тепловые и физические свойства
- Водород имеет низкую температуру кипения и высокую температуру плавления.
- Водород легко сжижается и затвердевает при низких температурах.
-
История использования водорода
- В 1806 году Франсуа Исаак де Риваз создал первый двигатель внутреннего сгорания на водороде.
- В 1819 году Эдвард Дэниел Кларк изобрел газообразную водородную паяльную трубку.
- В 1823 году были изобретены лампа Деберейнера и прожектор.
- В 1898 году Джеймс Дьюар впервые сжижил водород.
-
Дирижабли на водороде
- Первый воздушный шар на водороде был изобретен Жаком Шарлем в 1783 году.
- В 1852 году Анри Гиффард создал первый дирижабль на водороде.
- В 1900 году Фердинанд фон Цеппелин создал первый жесткий дирижабль на водороде.
- В 1919 году британский дирижабль R34 совершил первый беспосадочный трансатлантический перелет.
-
История использования водорода в авиации
- В 1920-х годах возобновилось регулярное пассажирское сообщение.
- Открытие запасов гелия в США обещало повышение безопасности полетов.
- США отказались продавать гелий для этой цели, и H2 был использован на дирижабле “Гинденбург”.
- Пожар на “Гинденбурге” в 1937 году нанес ущерб репутации водорода как подъемного газа.
-
Использование водорода в промышленности
- Водород используется в турбогенераторах с водородным охлаждением.
- Никель-водородные аккумуляторы применяются в космических миссиях.
- Водород играет важную роль в квантовой теории и химии.
-
Космическая распространенность и распределение
- Водород является самым распространенным элементом во Вселенной.
- Водород содержится в звездах и газовых планетах-гигантах.
- Водород находится в атомарном и плазменном состояниях.
-
Производство водорода
- Основные способы получения водорода: паровой риформинг, частичное окисление углеводородов, электролиз воды.
- Паровой риформинг используется для получения синтез-газа.
- Частичное окисление углеводородов и электролиз воды также производят водород.
-
Будущее водорода
- Пиролиз метана рассматривается как перспективный метод производства водорода.
- Исследования продолжаются в различных лабораториях.
-
Производство водорода
- Водород производится в лабораториях и на месторождениях.
- В лабораториях водород получают из воды и тепла без электричества.
- В Мали и других странах есть месторождения водорода.
-
Применение водорода
- Водород используется в нефтехимической промышленности для гидрообессеривания и гидрокрекинга.
- Гидрирование применяется для производства аммиака, маргарина и метанола.
- Водород используется как охладитель на электростанциях и как энергоноситель.
-
Экологические аспекты
- Водород может способствовать декарбонизации экономики.
- Производство водорода из ископаемого топлива связано с выбросами углекислого газа.
- Электролиз воды может быть экологически чистым, но дорогим.
-
Недостатки водорода
- Высокие затраты на хранение и распределение.
- Водород взрывоопасен и требует специальных условий хранения.
-
Другие применения
- Водород используется в полупроводниковой промышленности и для стабилизации материалов.
- Водород применяется в сварке, криогенных исследованиях, подъемной силе и обнаружении утечек.
- Дейтерий используется в ядерном делении и термоядерном синтезе.
- Тритий используется в водородных бомбах и биологических науках.
-
Биологические реакции
- Водород вырабатывается микроорганизмами в результате ферментации.
- Ферменты катализируют окислительно-восстановительные реакции.
-
Использование водорода бактериями
- Бактерии, такие как Mycobacterium smegmatis, используют водород в качестве источника энергии при недостатке других источников.
- Гидрогеназа с небольшими каналами исключает доступ кислорода, позволяя протекать реакциям даже при низкой концентрации водорода.
-
Водород в организме человека
- Водород является самым распространенным элементом в организме человека по количеству атомов, но третьим по массе.
- H2 содержится в дыхании человека благодаря метаболической активности микроорганизмов в толстом кишечнике.
- Концентрация водорода в дыхании голодающих людей обычно менее 5 частей на миллион, но может достигать 50 частей на миллион при кишечных расстройствах.
-
Фотосинтез и водород
- Расщепление воды происходит в ходе световых реакций в фотосинтезирующих организмах.
- Некоторые организмы, такие как Chlamydomonas reinhardtii и цианобактерии, развили вторую стадию темновых реакций для восстановления протонов и электронов с образованием H2.
- Были попытки генетически модифицировать гидрогеназы цианобактерий для синтеза H2 в присутствии кислорода.
-
Опасности водорода
- Водород представляет опасность для безопасности человека, включая взрывы и удушье.
- Жидкий водород является криогеном и может вызвать обморожение.
- Водород растворяется в металлах, вызывая водородное охрупчивание и взрывы.
- Газообразный водород может самопроизвольно воспламеняться и вызывать ожоги.
-
Физические и химические свойства водорода
- Физические и химические свойства водорода зависят от соотношения параводород/ортоводород.
- Параметры детонации водорода зависят от геометрии контейнера.
-
Водородные технологии и экономика
- Водородная электростанция комбинированного цикла.
- Водородная экономика для обезуглероживания секторов.
- Производство водорода для промышленного использования.
- Безопасность водорода для безопасного производства и использования.
- Водородные технологии для производства и использования водорода.
- Транспортировка водорода в жидком состоянии.
- Пиролиз метана для термического разложения материалов.
-
Природный водород и пиролиз
- Природный водород встречается в природе на Земле.
- Пиролиз — термическое разложение материалов.