Сообщение водород во вселенной

Обновлено: 05.07.2024

Ядро атома водорода — это один протон, состоящий из трех кварков. . Затем из-за расширения она охладилась, кварки соединились в протоны и нейтроны, и с этого момента во Вселенной существует водород.

Где найти водород в природе?

Водород в природе

Водород — один из основных компонентов всех природных органических соединений. В свободном состоянии присутствует в вулканических и других природных газах, в атмосфере (0,0001%, по числу атомов). Составляет основную часть массы Солнца, звёзд, межзвёздного газа, газовых туманностей.

В каком виде водород в космосе?

В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Как образовались водород и гелий?

Легкие элементы, в основном водород и гелий образовались в первые минуты после Большого взрыва, когда молодая Вселенная быстро расширялась и поэтому быстро охлаждалась. . в их недрах при температурах в десятки миллионов градусов, происходит образование тяжелых химических элементов, необходимых для жизни.

Как водород распространение в природе?

Распространение Водорода в природе. . Водород входит в состав самого распространенного вещества на Земле - воды (11,19% Водорода по массе), в состав соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы животных и растений (то есть в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других).

В чем опасность водорода?

Насколько опасен водород? Водород менее опасен, чем бытовой природный газ. Как и природный газ, водород может взорваться, если он скапливается в закрытых местах. . Тем не менее, мы настоятельно рекомендуем соблюдать правила хранения и транспортировки водорода, описанные в ГОСТ Р 51673-2000 от 01.01.2002.

Какой газ водород?

Водород (Н2) – это газ, не имеющий запаха, цвета и вкуса, который получают путем конвертирования природного газа паром или путем электролиза воды.

Как перевозить водород?

транспортировка осуществляется в лежачих баллонах с прокладками между ними;
допускается доставка в стоячем положении при наличии надежной ограничительной обвязки;
автомобильный транспорт должен оборудоваться комплектами ADR;
транспортировка вместе с кислородом запрещена.

Почему в космосе холодно если там вакуум?

Почему в космосе холодно, если вакуум не передает тепло и человек не должен замерзать? Теплопроводность вакуума действительно равна нулю при этом, вакуум пропускает излучение полностью. Человек замерзает, когда его тепловые потери выше тепла, поступающего из окружающей среды.

Сколько процентов водорода в космосе?

Основную часть вещества Вселенной (если говорить о барионном веществе) составляет водород — около 75 процентов. На втором месте идет гелий (около 23 процентов). Однако в космосе можно найти самые разнообразные химические элементы и даже сложные молекулярные соединения, включая органические.

Сколько водорода в космическом пространстве?

Основной компонент межгалактического пространства – также водород, хотя плотность вещества очень мала даже по сравнению с межзвездной: она составляет 1 атом/м 3 при температуре 2.7 К.

Как горит гелий?

Гелий – абсолютно инертный газ, который не вступает в реакцию ни с одним известным веществом. Он не горит и не поддерживает горение, а так же не вызывает отравление. Этот газ не пахнет и бесцветен, весит легче воздуха и растворяется в верхних слоях атмосферы.

В нашем понимании Вселенная это нечто единое целое. Но имеющее свою структуру и состав. Сюда относятся все небесные тела и объекты, материя, энергия, газ, пыль и многое другое. Все это образовалось и существует, независимо от того, видим ли мы это или ощущаем. А из чего состоит окружающий нас мир, какой самый распространённый элемент в нём? Вот об этом мы и поговорим.

Тёмная материя

Учёные давно рассматривают такие вопросы: Как образовалась наша Вселенная? И какие элементы её наполняют?

Водород

Оказывается этот химический элемент самый лёгкий в мире. Кроме того, его одноатомная форма составляет примерно 87% всего состава вселенной. Помимо того, он содержится в большинстве молекулярных соединений. Даже в воде, или, к примеру, он является частью органических веществ. Вдобавок водород выступает особенно важной составляющей частью кислотно-основных реакций.

Этот распространённый элемент растворим в большинстве металлах. Что интересно, водород не обладает запахом, цветом и вкусом.

Водород

В процессе изучения, учёные назвали водород горючим газом.
Как только не определяли его. Например, он носил имя: рождающий воду, а затем водотворное вещество.
Лишь в 1824 году ему присвоили название водород.

Во Вселенной водород входит в состав 88,6% всех атомов. Остальное в большем количестве составляет гелий. И лишь малая часть это прочие элементы.
Звёзды и другие газы также в основном содержат данный распространённый элемент.
Кстати, опять же он может присутствовать в виде плазмы. А в космическом пространстве он представлен в виде молекул, атомов и ионов.

Водород способен формировать молекулярные облака.

Молекулярное облако Ориона

Характеристика водорода

Это уникальный элемент, так как не имеет нейтронов. Он содержит лишь один протон и электрон.
Как указывалось, это самый лёгкий газ. Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость. На это не влияет даже температура.

Теплопроводность водорода одна из высоких среди всех газов.

Помимо всего прочего, он хорошо растворим в металлах, что влияет на его способность диффундировать через них. Иногда процесс приводит к разрушению. К примеру, взаимодействие водорода и углерода. В этом случае происходит декарбонизация.

Появление водорода

Возник во Вселенной после Большого взрыва, как и все химические элементы. Согласно общепринятой теории, в первые микросекунды после взрыва температура вселенной была выше 100 млрд градусов. При этом образовалась связь трёх кварков, что создало протон. Затем возникло ядро атома водорода. В процессе расширения температура упала, и кварки образовали протоны и нейтроны. Так, появился водород.

Связь трёх кварков

Гелий

В промежутке от 1 до 100 секунд после образования Вселенной часть протонов и нейтронов соединилась, образовав другой элемент-гелий.
А потом расширение пространства и снижение температуры приостановило соединительные реакции. Но они вновь запустились внутри звёзд. В результате образовались атомы других химических элементов.
По сути, водород и гелий являются основными двигателями образования остальных элементов.

Гелий

Гелий вообще является вторым по распространённым элементом во Вселенной. Его доля составляет 11,3% всего космического пространства.

Свойства гелия

Он аналогично водороду не имеет запаха, цвета и вкуса. Вдобавок, это второй по лёгкости газ. Но его температура кипения самая низкая из всех известных.

Гелий — это инертный, нетоксичный и одноатомный газ. По теплопроводности он также стоит на втором месте.
Добыча гелия осуществляется методом разделения при низкой температуре.
Хотя раньше гелий считали металлом, но в процессе изучения определили, что это газ. Причём, основной в составе Вселенной.

Применение гелия

Все элементы на Земле, за исключением водорода и гелия, породила миллиарды лет назад алхимия звёзд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где-то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд.

Мы сотворены из звездного вещества.
Карл Саган

Применение элементов

Человечество научилось добывать и применять с пользой для себя химические элементы. К примеру, водород и гелий применяют во многих сферах деятельности:

пищевой промышленности;
металлургии;
химической промышленности;
нефтепереработке;
производстве электроники;
косметической промышленности;
геологии;
даже в военной сфере и др.

Как видно, эти элементы играют важную роль в жизни космоса. Более того, само наше существование напрямую зависит от них. Ежеминутно происходит рост и движение Вселенной. И несмотря на то, что они по отдельности небольшие, все вокруг основано из этих элементов.
Несомненно, водород и гелий, также как другие химические элементы, уникальны и удивительны. Пожалуй, с этим невозможно поспорить.

Водород является первым элементом периодической системы элементов. Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1 H— протон. Свойства ядра 1 H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.

Трое из пяти изотопов водорода имеют собственные названия: 1 H— протий (Н), 2 H— дейтерий (D) и 3 H— тритий (радиоактивен) (T).

Простое вещество водород— H₂— лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, платине.

История водорода

Происхождение названия водород

Распространённость водорода

Во Вселенной

Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1%). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Земная кора и живые организмы

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1%— это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50%.

Получение Водорода

Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом— выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током.

Основной промышленный способ получения водорода— реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре (легко убедиться, что при пропускании метана даже через кипящую воду никакой реакции не происходит):

В лаборатории для получения простых веществ используют не обязательно природное сырьё, а выбирают те исходные вещества, из которых легче выделить необходимое вещество. Например, в лаборатории кислород не получают из воздуха. Это же относится и к получению водорода. Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности,— разложение воды электротоком.

Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.

Получение водорода в промышленности

1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl +2H₂O → H₂↑ +2NaOH +Cl₂

2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
H₂O +C ⇄ H₂↑ +CO↑

3.Из природного газа.

Конверсия с водяным паром:
CH₄ +H₂O ⇄ CO↑ +3H₂↑ (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2CH₄ +O₂ ⇄ 2CO↑ +4H₂↑

4. Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

Получение водорода в лаборатории

1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту:
Zn +2HCl → ZnCl₂ +H₂↑

3.Гидролиз гидридов:
NaH +H₂O → NaOH +H₂↑

5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2H₃O + +2e - → H₂↑ +2H₂O

Дополнительная информация про Водород

Биореактор для производства водорода

Физические свойства Водорода

Спектр излучения водорода

Эмиссионный спектр водорода

Равновесная мольная концентрация пара-водорода

Разделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону последнего. При 80 К соотношение форм приблизительно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании превращается в ортоводород вплоть до образования равновесной при комнатной температуре смеси (орто-пара: 75:25). Без катализатора превращение происходит медленно (в условиях межзвездной среды— с характерными временами вплоть до космологических), что даёт возможность изучить свойства отдельных модификаций.

Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — Н₂. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н.у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120.9·10 6 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л. Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов на 1объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.

Фазовая диаграмма водорода

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см₃) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 спуаз). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79% пара-Н₂, 0,21% орто-Н₂.

Твердый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см₃ (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексогональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки a=3,75 c=6,12. При высоком давлении водород переходит в металлическое состояние.

Изотопы

Давление пара для различных изотопов водорода

Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия: 1 H— протий (Н), 2 Н— дейтерий (D), 3 Н— тритий (радиоактивный) (T).

Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1и 2. Содержание их в природе соответственно составляет 99,9885±0,0070% и 0,0115 ± 0,0070%. Это соотношение может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода.

Изотоп водорода 3 Н (тритий) нестабилен. Его период полураспада составляет 12,32 лет. Тритий содержится в природе в очень малых количествах.

В литературе также приводятся данные об изотопах водорода с массовыми числами 4— 7и периодами полураспада 10 −22 — 10 −23 с.

Природный водород состоит из молекул H₂ и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание чистого дейтерийного водорода D₂ ещё меньше. Отношение концентраций HD и D₂, примерно, 6400:1.

Из всех изотопов химических элементов физические и химические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов.

Температура плавления, K	Температура кипения, K	Тройная точка, K /kPa	Критическая точка, K /kPa	Плотность жидкий /газ, кг/м³
H₂	13.95	20,39	13,96 /7,3	32,98 /1,31	70,811 /1,316
HD	16,60	22,13	16,60 /12,8	35,91 /1,48	114,80 /1,802
HT	22,92	17,63 /17,7	37,13 /1,57	158,62 /2,310
D₂	18,62	23,67	18,73 /17,1	38,35 /1,67	162,50 /2,230
DT	24.38	19,71 /19,4	39,42 /1,77	211,54 /2,694
T₂	25,04	20,62 /21,6	40,44 /1,85	260,17 /3,136

Дейтерий и тритий также имеют орто- и пара- модификации: p-D₂, o-D₂, p-T₂, o-T₂. Гетероизотопный водород (HD, HT, DT) не имеют орто- и пара- модификаций.

Химические свойства

Доля диссоциировавших молекул водорода

Молекулы водорода Н₂ довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

и с единственным неметаллом— фтором, образуя фтороводород:

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:

Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.

С галогенами образует галогеноводороды:

F₂ +H₂ → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, Cl₂ +H₂ → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:

Гидриды— солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:

Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)

Оксиды восстанавливаются до металлов:

Гидрирование органических соединений

Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы навзывают реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр. Катализатор Уилкинсона), так и гетерогенным (напр. никель Ренея, палладий на угле).

Так, в частности, при каталитическом гидрировании ненасыщенных соединений, таких как алкены и алкины, образуются насыщенные соединения — алканы.

Геохимия водорода

На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, гигантскими планетами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё.

Свободный водород H₂ относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.

В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды.

В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство.

Особенности обращения

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь— так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение.

Взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4% до 96% объёмных. При смеси с воздухом от 4% до 75(74)% объёмных.

Применение водорода

Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки.

Химическая промышленность

При производстве аммиака, метанола, мыла и пластмасс

Пищевая промышленность

Авиационная промышленность

Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XXв. произошло несколько катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием.

Топливо

Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар.

В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.

Изотопы водорода были открыты в 30-x годах текущего столетия и быстро приобрели большое значение в науке и технике. В конце 1931 г. Юри, Брекуэдд и Мэрфи исследовали остаток после длительного выпаривания жидкого водорода и обнаружили в нем тяжелый водород с атомным весом 2. Этот изотоп назвали дейтерием (Deuterium, D) от греч.— другой, второй. Спустя четыре года в воде, подвергнутой длительному электролизу, был обнаружен еще более тяжелый изотоп водорода 3Н, который назвали тритием (Tritium, Т), от греч.— третий.

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

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

Что и говорить, на наш век хватит.

Генри Кавендиш (1731—1810) — английский химик и физик, один из основоположников химии газов. В 1766 г. он получил в чистом виде водород и углекислый газ и измерил их плотность; спустя 23 года определил точный состав воздуха и воды. Труды Кавендиша по электричеству не нашли признания при жизни ученого — лишь через 69 лет после смерти Кавендиша были опубликованы его интересные работы в этой области

Наше Солнце по меньшей мере наполовину состоит из водорода. Всего на Солнце обнаружено 69 химических элементов, но водород — преобладает. Его в 5,1 раза больше, чем гелия, и в 10 тыс. раз (не по весу, а по числу атомов) больше, чем всех металлов, вместе взятых. Этот водород расходуется не только на производство энергии. В ходе термоядерных процессов из него образуются новые химические элементы, а ускоренные протоны выбрасываются в околосолнечное пространство.

Но только ли этим ограничивается воздействие на Землю потока ядер солнечного водорода? По-видимому, нет. Во-первых, поток протонов рождает вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли; во-вторых, магнитные бури могут влиять на процессы жизнедеятельности; в-третьих, захваченные магнитным полем Земли ядра водорода не могут не сказываться на ее массообмене с космосом.

Сулите сами: сейчас в земной коре из каждых 100 атомов 17 — это атомы водорода. Но свободного водорода на Земле практически не существует: он входит в состав волы, минералов, угля, нефти, живых существ… Только вулканические газы иногда содержат немного водорода, который в результате диффузии рассеивается в атмосфере. А гак как средняя скорость теплового движения молекул водорода из-за их малой массы очень велика — она близка ко второй космической скорости, — то из слоев атмосферы эти молекулы улетают в космическое пространство.

Более половины массы Солнца состоит из водорода. Этот элемент служит топливом, позволяющим Солнцу светить миллиарды лет

…Мы должны сознавать, что наше Солнце, паше водородное Солнце, — это лишь заурядная звезда во Вселенной, что существует неисчислимое множество подобных звезд, удаленных от Земли на сотни, тысячи и миллионы световых лет. И кто знает — может быть именно в диапазоне радиоизлучения межзвездного водорода (запомните — 21 сантиметр!) человечеству впервые удастся связаться с иноземными цивилизациями… Как говорится, поживем — увидим.

Читайте также: