Усний журнал на тему: «Той, що народжує воду»
Сторінка перша. Хто він?
Його вперше помітив Парацельс ще в XVІ ст., коли занурив залізний цвях у сульфатну кислоту.
В кінці XVІІ ст. ним зацікавився Роберт Бойль. Він одержав його із хлоридної кислоти при дії на неї залізних ошурок. Роберт Бойль зібрав його в посудину, але не дізнався, що це він, а вважав його повітрям.
Сучасник Бойля француз Лемері зібрав його в скляну посудину і підніс свічку до отвору. Від цього вогню він розірвав посудину і шматочками скла ледь не вбив ученого.
Остаточно його вивчив англійський хімік Генрі Кавендіш в 1766 році. Тоді його назвали «горючим повітрям».
А чи знаєте ви, що у 1745 році «горюче повітря» добув М.В.Ломоносов. «Коли розчиняти якийсь неблагородний метал, особливо, залізо, в кислотних спиртах, - писав російський учений, - з отвору склянки виривається горюча пара, що являє собою не що інше, як флогістон».
У 1783 році Лавуазьє одержав його в чистому вигляді з води. Так він ввійшов у сім’ю хімічних елементів і завоював свої права.
Правда, на Землі його близько 1%, зате його багато на Сонці, близько 84%. Він найпоширеніший в світовому, міжзірковому просторі елемент, там його атомів зустрічається в 100 разів більше, ніж атомів всіх інших елементів, відомих на Землі.
Його молекули збираються у верхніх шарах атмосфери. Так, наприклад, на висоті 50 км його 3%, а на висоті 100 км – 95%.
В людському організмі його міститься 10%, або близько 7 кг, а якщо цю масу перевести в газоподібний стан, то утвориться близько 80 м3 газу. Так, що, коли б він був у людському організмі у вільному стані, то легко підняв би його в повітря, як підіймає аеростати з вантажем. Хто він?
Найпростіший елемент, той, що народжує воду, - Гідроген.
Він – найлегший з усіх газів,
Космос – це його житло.
Із зірок – небесних тіл,
Світить нам з усіх сторін.
Сторінка друга. Завоювання повітряного океану.
А чи знаєте ви, що перша велика повітряна куля була побудована в 1783 році французом Шарлем . Кінець XVІІІ ст. – це період бурхливого захоплення повітроплаванням. Наповнені гарячим димом кулі, з підв’язаними до них виплетеними з вербових лозинок кабінами, злітали мало не в усіх столицях Європи. Перемога над повітряним океаном здавалась такою близькою…
Бентежило тільки те, що політ наповненої нагрітим повітрям кулі не може бути тривалим. Надто швидко охолоджувалось повітря, а підняти більше пального куля не могла.
Але й цієї вади, здавалося, легко позбавитися. 1783 року французький хімік Шарль запропонував заповнити аеростати воднем. Це поставило нове завдання: винайти промислові способи добування водню, розв’язане Антуаном Лавуазьє. Розв’язуючи це завдання, Лавуазьє і завершив по суті відкриття водню, а отже, Гідрогену як хімічного елементу.
А чи знаєте ви, що у 1794 році при північній армії французів, що боролися проти австрійських інтервентів, був організований корпус військових аеростатів. У бою під Флерюсом французи запустили аеростат з військовим інженером, який і повідомляв про пересування ворожих військ.
А чи знаєте ви, що у ХХ ст. водень в аеростатах замінили гелієм, потім і самі аеростати були витіснені літаками. Однак аеростати зіграли свою роль у тривожні дні 1941 року. Вони піднімались вночі над Москвою та іншими великими містами. Ворожі льотчики змушені були скидати бомби з великої висоти, без прицілу, щоб не напоротися на троси, прив’язані до аеростатів.
Водень ще довго застосовували для наповнення повітряних куль, хоча надії на те, що за їхньою допомогою буде завойовано повітряний океан нашої планети, так і не справдилися. Повітряна куля виявилась іграшкою вітрів. Дирижаблі, що прийшли їм на зміну, - величезні, незграбні, неповороткі – до кінця своїх днів лишились унікальними, гідними подиву, але мало корисними машинами.
А чи знаєте ви, що в 1937 році дирижабль «Гінденбург», наповнений воднем, вибухнув, і з 99 пасажирів, які були на ньому, - 48 чоловік загинуло.
Сторінка третя. Той, що народжує воду на службі в людини.
Довгий час водень використовували в основному для наповнення аеростатів. Але потім виявилось, що водень надзвичайно небезпечний у пожежному відношенні. Аж до початку двадцятого століття його не застосовували в хімічній промисловості. Можна сказати, що в дев’ятнадцятому столітті не було промислового вироблення цього газу. У великій кількості водень знадобився для синтезу аміаку (аміак потім використовують для виробництва азотних добрив). Потрібні були мільйони кубометрів водню. У 1924 році в аміаку з’явився серйозний конкурент у споживанні водню. Це метиловий спирт – метанол – цінна сировина хімічної промисловості.
Велике значення має також гідрування жирів. Жири бувають тваринні й рослинні. Вершкове масло виробляють з коров’ячого молока – це тваринний жир; соняшникове – з насіння соняшника – це жир рослинний. Рослинних жирів виробляють у світі майже вп’ятеро більше, ніж тваринних, які, до речі, поживніші і смачніші. Тваринні жири містять більше водню, ніж рослинні. «Чи не можна добавити його в рослинні жири, аби підвищити їх калорійність?» - таке завдання поставили перед собою науковці-хіміки. Виявляється, можна. Для цього досить через рідку рослинну олію (соняшникову, бавовняну, соєву, кунжутну), нагріту до 3000С, пропустити водень. Причому на тонну олії потрібно тільки 15 кілограмів порошкоподібного нікелю – каталізатора. Виходить твердий жир, з якого, добавляючи трохи тваринного жиру, готують маргарин – продукт, що калорійністю мало поступається перед вершковим маслом. Способом гідрування рослинних олій добувають тверді жири, придатні для миловаріння.
Водень широко використовують в різних галузях промисловості: в в анілінофарбній промисловості, в синтезі хлороводню, аміаку (аміак потім використовують для виробництва азотних добрив), при відновленні деяких кольорових металів із їх руд. В харчовій промисловості водень широко використовують для одержання замінників твердих жирів (маргаринів), для наповнення метеорологічних куль, виробництво рідкого (екологічно чистого) палива, синтез метилового (деревного) спирту.
Водень створює полум’я, що своєю температурою може змагатися з поверхнею Сонця, і охолоджує посудини, в яких учені зберігають холод, що межує з абсолютним нулем. Водень споживає хімічна промисловість, потребує теплоенергетика: тільки в атмосфері водню й можуть працювати ротори гігантських електрогенераторів. Це його вважають головним енергетичним паливом електростанцій майбутнього. Він показав свої надмогутні м’язи під час вибухів термоядерних бомб.
Та все ж водень продовжує брати участь в польотах, але не в повітряних кулях, а в ракетах, як паливо. Тут використовується здатність водню згоряти в атмосфері кисню з виділенням великої кількості теплоти. Водень як пальне… ця тема обговорюється вченими всього світу як надзвичайно перспективна. Адже, окрім того, що у водню велика теплотвірна здатність, він згоряє «чисто» (перетворюється на воду) і не забруднює навколишнє середовище шкідливими вихлопними газами.
Сторінка четверта. Найлегший із найлегших.
Водень – газ без кольору, смаку і запаху. Найлегший з усіх газів: 1 л важить 0,09 г; в 14,4 рази легший за повітря, густина за нормальних умов 0,0899 г/л. температура кипіння (зрідження) – 252,60С.
Водень дуже мало розчинний у воді (2 мл водню в 100 мл води); його характерною особливістю є розчинність в металах, що пояснюється здатністю дифундувати через металічні стінки.
Водень невидимий, без смаку і запаху. Жоден з наших органів чуття не відгукнеться на нього. Муха, що залетить у наповнену воднем посудину, змахне кілька разів крилами і загине. Це не тому, що водень їдкий, а тому, що в посудині немає кисню. Але в гримучому газі кисень є, і гримучим газом дихати можна, не маючи й гадки, що це щось відмінне від повітря. І бували любителі, які зважувались на цей дослід, попередньо виставивши з кімнати курців. Надихавшись гримучого газу, вони «не своїм голосом» запевняли, що дихати гримучим газом навіть легше й приємніше, ніж повітрям. Чи не варт, мовляв, виправити помилку природи й замінити повітря, природну атмосферу Землі, гримучим газом? Але аматори гримучого газу вчасно спохватилися, що курців то можна виставити з кімнати, та не можна позбавитися їх на всій земній кулі, і з жалем відмовилися від свого «чудового» проекту.
Похвала гримучому газу виголошувалась «не своїм голосом». І справді, що б ви сказали про свого знайомого, від природи наділеного басом, якби він заговорив тенором? Отак і з голосом людини, що надихалась гримучого газу, відбувається щось подібне: доки не видалився гримучий газ з її легенів, жодна, найближча їй людина не зможе впізнати її голосу.
На початку дев’ятнадцятого століття з’явився прибічник гримучого газу, який взявся доводити, що без водню не може бути гарного співу, що кожного співака перед виходом на сцену слід накачувати гримучим газом.
Постає природне питання: чому змінюється голос, коли надихатись гримучого газу? Головне ось у чому: тони, що утворюються звучанням тіл, залежать, між і ншим, і від швидкості звуку; швидкість звуку, в свою чергу – від газу, в якому звук поширюється. Швидкість поширення звуку в газах тим більша, чим менша молекулярна маса газу. А водень і є газом з найменшою молекулярною масою.
Сторінка п’ята. Як його одержують?
В лабораторних умовах водень найчастіше одержують відновленням металами, які стоять в електрохімічному ряді напруг лівіше, із води та кислот.
В промисловості:
В результаті взаємодії метану з парою води про 800-9000С.
Глибоким охолодженням коксового газу (при коксуванні кам’яного вугілля).
Електролізом води.
Внаслідок окиснення заліза водяною парою.
Внаслідок окиснення водяного газу.
Електроліз водних розчинів безоксигенових солей.
Сторінка шоста. Елемент космосу.
Водень є в природі всюди. Як кисень – найпоширеніший з елементів на земній кулі, так у Всесвіті в цілому домінуючим елементом є водень. Як кисень відіграє особливу роль у сучасній фазі життя земної кулі, так і водень багато значить у житті Всесвіту, бо він є «космічним атомним паливом» - джерелом енергії, що живить Сонце й зірки. Він складає близько половини маси Сонця і більшості зірок, основну частину газів між зіркового середовища і туманностей.
У земній атмосфері водень є в зовсім незначній концентрації. Він виділяється поряд з іншими газами під час процесів гниття. Існують навіть мікроорганізми («водневі монади»), що утилізують для життєвого процесу енергію окиснення водню у воду. На Землі водень належав би до аж надто рідкісних елементів, якби така велика маса його не скупчувалась у вигляді води в гідросфері. Відповідно до складу води на долю водню (Гідрогену) припадає приблизно 1/9 частина величезних мас полярних шапок, океанів, морів, річок і підземних вод. У вигляді водяної пари водень (Гідроген) міститься і в атмосфері.
Література:
Оганесян Е. Т., Руководство по химии, Москва, «Высшая школа», 1987;
Михайличенко Н.И., Заяц М.Н., Митрофанова Т.А., Жолоб Г.И, Химия (пособие для самоподготовки), Киев, «Вища школа», 1985;
Кріцман В.А., Книжка для читання з неорганічної хімії, Київ, «Радянська школа», 1985;
Коваленко М.Я., Хімічна хрестоматія, Київ, «Радянська школа», 1971;
Алимарин И.П. Энциклопедия школьника. Неорганическая химия. Москва, издательство «Советская энциклопедия», 1975;
Николаев А.Л., Первые в рядах элементов. Москва, «Просвещение», 1983.
|