Особливості будови атома водню

Найпоширеніший елемент у космосі, що складається з найлегших атомів, — це водень. Він відкритий ще в 14 столітті великим алхіміком Парацельсом. Вченого по праву вважають основоположником не тільки медицини, але і хімії. Будова атома водню було в подальшому детально розглянуто Нільсом Бором. Елемент був виявлений астрономами у складі Сонця і інших планет, а також у газових зоряних туманностях. У них відбувається процес перетворення атомів водню на атоми гелію, іншими словами, спостерігається ядерна реакція. У нашій статті ми вивчимо не тільки будову атома водню, але і розглянемо характерні особливості властивостей цього хімічного елемента.

Місце елемента в періодичній системі Менделєєва

Водень – єдиний хімічний елемент, що знаходиться відразу в двох групах періодичної системи: 1 і 7. Пояснити такий факт можна так: він проявляє двоїсті хімічні властивості. Особлива будова атома водню дозволяє йому віддавати свій єдиний електрон атомів, наприклад, активних елементів – неметалів. Це насамперед галогени: агресивні по своїм властивостям фтор, хлор, бром і йод. Легко взаємодіє H2 і з халькогенами: сіркою, киснем, селеном. У цьому випадку атоми водню перетворюються на катіони – позитивно заряджені частинки.

Завдяки цій особливості елемент займає місце в першій групі періодичної системи. Інакше виглядає механізм реакції між металами і воднем. Згідно теорії будови атома водню за Н. Бору, елемент має один неспарений електрон. Атом H приймає електрони від атомів активних лужних або лужноземельних металів. Таким чином, його електронна конфігурація стає схожою на частку інертного газу гелію. Єдиний енергетичний шар тепер повністю завершено. У даних процесах будова атома водню змінюється і він переходить у форму аніона. Саме з цієї причини елемент одночасно розташований у періодичній системі ще і в її 7 групі.

Дивіться також:  Хімічний елемент ртуть. Щільність металу в рідкому і твердому агрегатних станах

Все в порівнянні

Продовжуючи вивчати особливості будови водневих частинок, давайте подивимося, наскільки їх внутрішня структура впливає на поведінку елемента в реакціях. Для цього звернемо увагу на його найближчих сусідів по періодичній системі та визначимо, яке будова атомів водню, гелію і літію. З частинками інертного газу водень об’єднує однакову кількість енергетичних рівнів, з літієм – схожу будову зовнішнього енергетичного шару, на якому розташований один електрон. Однак властивості водню сильно відрізняються як від інертного газу, так і від лужного металу. Цей факт доводить, що всі характеристики хімічного елемента порожниною визначаються будовою атома і молекули водню, тобто кількістю енергетичних рівнів і розподілом електронів на них.

Породжує воду

Назва елемента говорить про те, що з’єднання його атомів з частинками кисню приводить до появи такого унікального і важливого для Землі речовини, як вода. У звичайних умовах ця реакція не відбувається, температура горіння газової суміші досягає 2800 °C. У лабораторії взаємодія між H2 і O2 у співвідношенні 2:1 призводить до вибуху. Сама суміш отримала назву гримучого газу, а процес, що протікає в ній, йде по вільно-радикальному механізму. Якщо його не контролювати, то реакція закінчується серйозною проблемою – потужним вибухом. З цієї причини, незважаючи на його виняткову легкість, від водню відмовилися як від наповнювача для повітряних літальних апаратів. Сумним приводом послужило аварії в 1937 році дирижабля «Гінденбург», що прямував до Америки. Подивимося тепер, як будова атома водню впливає на фізичні ознаки газу.

Дивіться також:  Як облаштувати невелику дитячу: двоярусні ліжка-трансформери і багато іншого

Водень, дейтерій, тритій

Нехай вас не дивує наведений вище перелік термінів. Мова йде про одному і тому ж хімічному елементі водні, заряд ядра атома якого дорівнює +1. Друге і третє назви – це імена ізотопів. Причина їх відмінностей полягає в кількості нейтронів в ядрі, тоді як протонное число всіх трьох видів частинок однаково. У дейтерію два нейтрона, у тритію – 3, сам же водень має 1 нейтрон у складі свого ядра. Вода, що містить в складі своїх молекул дейтерій, називається важкою. Її можна виявити у ставках-охолоджувачах атомних станцій, а також у складі цитоплазми клітин, що мають порушення нормального метаболізму.

Електронна будова атома водню

Схема, наведена нижче, допоможе нам зрозуміти специфіку поведінки простої речовини H2 в різних хімічних взаємодіях.

Наявність єдиного електрона, що зайняв s-орбіталь першого енергетичного рівня, забезпечує постійну валентність водню, що дорівнює 1. В більшості випадків цей електрон залишає простір атома і переходить у володіння більш электроотрицательных елементів. Лише реакції з металами дозволяють водню притягти у сферу впливу власного ядра електрон від активних атомів лужних або лужноземельних елементів, утворюючи білі кристалічні сполуки — їх гідриди.

Дивіться також:  Геометрична фігура призма: визначення, види, формули площі поверхні і об'єму

Активний і агресивний

Атомарний водень, так би мовити, легкий на підйом. Його швидкості відновлення металів з їх оксидів можуть позаздрити інші відновники начебто вуглецю або його оксидів. Так само активно атоми H з’єднуються з частинками сірки, кисню, фосфору. А полум’я пальника з атомарним воднем дає розігрів вище 4000 °C. З цієї причини такими приладами легко обробляти поверхні металів: різати або зварювати їх.

Атомарний водень добре зарекомендував себе в якості відновника чистих металів — вольфраму, молібдену — із їх руд, представлених, в основному, оксидами. Зустрічаючись з такими ж атомами, як і він сам, водень утворює стійку і пасивну структуру – молекулу. Обидва атома H тримаються один за одного за допомогою спільної електронної пари, будучи зразком стабільної ковалентного неполярного зв’язку. Вона міцна і забезпечує стійкість молекул H2 як в умовах земного існування, так і на просторах космосу. Не обійшлася без водню і харчова промисловість, у якої його застосовують для гідрогенізації олій та отримання модних у сучасній дієтології низькокалорійних спредів.

У нашій статті ми розглянули, як будова атома водню, і з’ясували, як воно впливає на властивості простої речовини