Атом водорода - самый простой элемент

Водород - это химический элемент, самый простой по своему строению и самый распространенный в природе. По некоторым научным данным, на долю этого элемента приходится свыше девяноста процентов всех атомов. Наиболее важное соединение, в котором присутствует водород, - это вода. Ее химическая формула пишется так: H2O. Атом водорода состоит из одного протона, представляющего ядро, и из одного электрона. Это единственный элемент, который представляет собой горючий газ.

Как расположен атом водорода в периодической таблице?

Данный элемент расположен вверху первой группы. Это сделано по той причине, что атом водорода, теряя свой электрон, образует положительный ион с одним зарядом. Однако при определенных условиях водород может приобретать металлические свойства. В обычных условиях он проявляет только свойства, свойственные неметаллам. Водород имеет значительные отличия от остальных элементов, принадлежащих первой группе.

Как получить водород в условиях лаборатории?

Водород можно получить посредством действия неконцентрирорванных кислот на металлы:Zn (цинк в твердом состоянии) + 2HCl (водный раствор кислоты соляной) = ZnCl2(водный раствор оксида цинка) + H2 (газ)

Получение водорода посредством гидролиза:2H3O- + 2e- = H2 (газ) + 2H2O (вода.)

Получение водорода возможно посредством действия щелочей на алюминий или цинк. Эти металлы могут реагировать с водными растворами гидроксида калия или натря. При этом образуется водород:
Zn (цинк) + 2OH- + 2H2O = (Zn(OH)4)2- (тетрагидроксоцинкат-ион)) + H2 (газ)
Al (алюминий) + 2OH- + 6H2O = (Al(OH)4)- (тетрагидроксоалюминат-ион) + H2 (газ).

Также данный химический элемент можно получить при гидролизе водных растворов:CaH2 (гидрид кальция) + 2H2O (вода) = Ca(OH)2 (гидроксид кальция) + 2H2 (водород).

Изотопы водорода

Есть три изотопные формы данного химического элемента: протий, дейтерий и тритий. При этом в природном водороде содержится около 99% протия, остальной процент приходится на долю дейтерия. Третий изотоп представляет собой радиоактивный неустойчивый изотоп. По этой причине в природе он встречается только в виде следов. Тритий испускает радиоактивные частицы, а его период полураспада составляет 12,3 года.

Изотопные формы водорода имеют практически одинаковые химические свойства, однако они существенно отличаются по физическим. Для каждого водородного соединения есть дейтериевый аналог. Важнейший из них - это оксид дейтерия (или тяжелая вода). Это вещество используется в ядерных реакторах. Получают его посредством электролиза воды.

Химические свойства водорода

Рассматриваемый нами химический элемент может восстанавливать неметаллы 4-7 групп, оксиды и органические ненасыщенные соединения, окислять металлы, образуя в результате гидриды.

Соединения водорода

Это ионные, комплексные и ковалентные гидриды, а также гидриды типа соединений внедрения.

Получение водорода

- процесс Бора;

- из природного газа или нафты (лигроина);

- посредством крекинга и риформинга углеводородов;

- при помощи электролиза рассола (то есть водного раствора натрия хлорида).

Атом водорода в квантовой механике

Водородный атом имеет важное значение в квантовой механике, так как для него проблема двух тел имеет аналитическое приближенное или точное значение. Эти решения можно применять для разных изотопов водорода, но с подходящей коррекцией. Атом водорода в квантовой механике описывается волновой двухчастичной функцией. Также он рассматривается как не участвующий в движении электрон в электростатическом поле атомного тяжелого ядра.

Атом водорода по Бору

В 1913 году Бор Нильс предложил свою модель атома водорода. Она имеет множество упрощений и предположений. Несмотря на то, что модель была не совсем правильной, Бор вывел из нее спектр излучения и получил верные значения уровней энергии атома.