Реферат: Водород
РефератПо химии/>НатемуВыполнила ученица 11 класса ГСредней школы № 64
Серазетдинова Диана?
Под руководством учителя химии
Захаровой Л.С.
Казань 2001г.
План:
1. Введение.
2. Водород. Положение элемента в периодическойсистеме Д.И. Менделеева.
3. Водород в природе.
4. Получение водорода.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
6. Водород и Вселенная.
7. Список использованной литературы.
1.Введение.
Водород (Hudrogenium)был открыт в первой половине XVI веканемецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавендиш (Англия)установил его свойства и указал отличия от других газов. Водород имеет триизотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н или D, тритий ³Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протийи дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). Вприродных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1:6800(по числу атомов). Тритий в природе находится в ничтожно малых количествах.
Ядро атома водорода ¹Н содержит один протон. Ядро дейтерияи трития включают не только протон, но и один, два нейтрона. Молекула водородасостоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом имолекулу водорода:
Энергия ионизации атома, эВ 13,60
Сродство атома к электрону,эВ 0,75
Относительнаяэлектроотрицательность 2,1
Радиус атома,нм 0,046Межъядерное расстояние в молекуле,нм 0,0741
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25ºС 436,1
2. Водород. Положение водорода в периодической таблицеД.И. Менделеева.
В самом конце XVIII и вначале XIХ векахимия вступила в период установления количественных закономерностей: в 1803году был сформулирован закон кратных отношений (вещества реагируют между собойв весовых отношениях, кратных химическим эквивалентам), а в 1814 годуопубликована первая в истории химической науки таблица относительных атомныхвесов элементов. В этой таблице на первом месте оказался водород, а атомныемассы других элементов выражались числами, близкими к целым.
Особое положение, которое с самого началазанял водород, не могло не привлечь внимания ученых, и в 1841 году химикисмогли ознакомиться с теорией Уильяма Праута, развившего теорию Древнегреческихфилософов о единстве мира и предположившего, что все элементы образованы изводорода как из самого легкого элемента. Прауту возражал Й.Я. Берцелиус, какраз занимавшийся уточнением атомных весов: из его опытов следовало, что атомныевеса элементов не находятся в целочисленных отношениях к атомному весуводорода. Но, возражалисторонники Праута, атомные веса определены еще недостаточно точно и в качествепримера ссылались на эксперименты Жана Стаса, который в 1840 году исправилатомный вес углерода с 11,26 (эта величина была установлена Берцелиусом) на12,0.
И все же привлекательную гипотезу Праута пришлось на времяоставить: вскоре тот же Стас тщательными и не подлежащими сомнениюисследованиями установил, что, например, атомный вес хлора равен 35,45, т. е.никак не может быть выражен числом, кратным атомному весу водорода...
Но вот в 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев создал своюпериодическую классификацию элементов, положив в ее основу атомные весаэлементов как их наиболее фундаментальную характеристику. И на первом месте всистеме элементов, естественно, оказался водород.
С открытием периодического закона стадо ясно, чтохимические элементы образуют единый ряд, построение которого подчиняетсякакой-то внутренней закономерности. И это не могло вновь не вызвать к жизнигипотезу Праута, — правда, в несколько измененной форме: в 1888 году УильямКрукс предположил, что все элементы, в том числе и водород, образованы путемуплотнения некоторой первичной материи, названной им протилом. А так какпротил, рассуждал Крукс, по-видимому, имеет очень малый атомный вес, то отсюдапонятно и возникновение дробных атомных весов.
Но вот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занималвопрос: а почему периодическая система должна начинаться именно с водорода? Чтомешает существованию элементов с атомным весом, меньше единицы? И в качестветакого элемента в 1905 году Менделеевназывает… «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу надгелием и рассчитывает его атомный вес — 0,000001! Инертный газ со столь малыматомным весом должен быть по мнению Менделеева, всепроникающим, а его упругиеколебания могли бы объяснить световые явления...
Увы, атому предвидению великого ученого не было суждено сбыться.Но Менделеев был прав в том отношении, что элементы не построены изтождественных частиц: мы знаем теперь, что они построены из протонов, нейтронови электронов.
Но позвольте, воскликнете вы, ведь протон — это ядро атомаводорода. Значит Праут был все-таки прав? Да, он действительно был по-своемуправ. Но это была, если можно так выразиться, преждевременная правота, потомучто в то время ее нельзя было ни по-настоящему подтвердить, ни по-настоящемуопровергнуть...
Впрочем, сам водород сыграл в истории развития научной мысли ещенемалую роль. В 1913 году Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты,объяснившие на основе квантовой механики особенности строения атома ивнутреннюю сущность закона периодичности. И теория Бора была признана потому,что рассчитанный на ее основе спектр водорода полностью совпал с наблюдаемым.
3. Водород в природе.
Водород встречается в свободном состоянии на Земле лишь внезначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами привулканических извержениях, а также из буровых скважин при добычи нефти. Но ввиде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что онсоставляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех животных ирастительных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов иряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду ивоздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числаатомов содержание водорода в земной коре 17%.
Водород самый распространенный элемент космоса. На егодолю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Онсодержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. Внедрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия.Этот процесс протекает с выделением энергии; для многих звезд, в том числе для Солнца,он служит главным источником энергии. Скорость процесса, т. е. количество ядерводорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду,мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единицеобъема, мало. Однако, вследствие огромности массы Солнца, общее количествоэнергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствуетуменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.
4. Получение водорода.
Наиболее старый способ полученияводорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоденакапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает его слишкомдорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запускакосмических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще для полученияводорода используют технологию горячей переработки водяного пара притемпературе 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива,отбирающего кислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектовдешевого получения водорода. Например, предлагается построить в Гренландиинесколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую водуледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиватьсяна электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку потрубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использованиеэнергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водородапутем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода безогромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуютадсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностьюкаталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь водном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях.Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода.Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом.Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинаетсяактивное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого
«магического порошка».
Возможен также микробиологический способ полученияводорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород ввиде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородноготоплива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировкичеловечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя,встроенного в естественную систему круговорота воды. Наиболее старый способполучения водорода — электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, накатоде накапливают водород, а на аноде — кислород. Такая технология делает егослишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только длязапуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями. Чаще дляполучения водорода используют технологию горячей переработки водяного пара притемпературе
700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающегокислород. Это тоже дорогой способ. Существует несколько проектов дешевогополучения водорода. Например, предлагается построить в Гренландии несколькограндиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников дляпроизводства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться наэлектролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку потрубопроводам и в танкерах в Европу и Америку. Другие проекты — использованиеэнергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водородапутем электролиза воды.
Однако сама природа дает рецепт для получения водорода безогромных затрат энергии. На поверхности частиц взвесей в воде существуютадсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностьюкаталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь водном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях.Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода.Представьте себе горсть порошка с иммобилизованным на частицах ферментом.Порошок засыпают в банку с водой, стоящую на солнце, и в ней начинаетсяактивное выделение водорода. Уже делаются попытки создания такого«магического порошка».
Возможен такжемикробиологический способ получения водорода. В почве существует рядмикроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случаерешения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологииего накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемыйисточник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественнуюсистему круговорота воды.
5. Так кто же виноват в нашей смерти?
К смерти нас приводит дефицит протонов. Старение и его многочисленныелица, болезни, также являются результатом водородного дефицита. Организм безионов водорода (протонов) не способен снять зеленый экран смерти и мы покидаемэтот мир.
Возникновение зеленого экрана зависит от дыхания кислородом воздуха, которыйсжигает розовый гем, превращая его в зеленый биливердин. Кислород — сильнейшийокислитель. Но убирает зеленый экран водород (протон). Водород — сильнейшийвосстановитель. И если кислород — сжигатель, то водород — гаситель.
Окисление и восстановление суть два противоположных процесса. Но эти процессыедины: одно не бывает без другого. Более того, там, где есть одно проявляется ипрямо противоположное другое. Это хорошо видно на примере нашего дыхания.Биохимия называет дыхание биологическим окислением. Но та же биохимия даладыханию и другое, более точное наименование. По-другому, дыхание — этоотщепление водорода (протонов) от субстратов с помощью кислорода(дегидрирование субстратов). То есть согласно этому определению, кислородслужит для того, чтобы получать ионы водорода. А мы уже знаем, для чего онинужны. Протоны нам дают возможность жить! Итак, кислород дыхания служит дляполучения протонов. Но значит, вполне справедливо и должно иметь место прямопротивоположное явление, восстановление с помощью водорода, в результате чегомы должны повышать потребление кислорода. Но именно так это и происходит!
Судите сами. Протон, убирая зеленый экран смерти, восстанавливает железо,увеличивает синтез гемоглобина и дыхательных ферментов. А это значит, что онпозволяет увеличить объемы потребления кислорода воздуха, ибо есть, чем этоткислород принять! И главный признак старения организма, кислородный дефицит(гипоксия) исчезает. Таков фундаментальный закон Природы. Закон единства иборьбы противоположностей. (О нем — в последней главе). Без кислорода нетводорода, но и без водорода не бывать кислороду. С открытием Биочасов открыласьдорога не только в долголетие, но и в «мечту всех мечт мечтее», вбессмертие! Но в чем же тогда дело? Почему мы все-таки умираем, несмотря на то,что между кислородом и водородом стоит причинно-следственный знак равенства?Секрет смерти в одной маленькой детали, можно сказать, в мелочи. Междукислородом и водородом можно было бы спокойно поставить знак равенства в томслучае, если бы время нашей жизни в Биочасах Земли шло строго по кругу. А этогоне происходит. Время идет по спирали, где каждый последующий годовой витокникогда не бывает точной копией витка предыдущего.
Поэтому потраченная на производство протонов клеточная вода никогда не может бытьполностью восполнена в годовом цикле окисления и восстановления. Мешаетдействие реликтового излучения Вселенной. Свою лепту в нашу смерть вносит и11-летний цикл солнечной активности, связанный с вращением Солнца вокруг своейоси. Расстояние между годовыми витками спирали времени называется шагом. Шагспирали жизни никогда не бывает постоянным. Шаг, учитываемый после прекращенияпериода роста, равен годовому дефициту протона. Получается, что при самом общемрассмотрении вопроса жизни и смерти человека, причиной смерти можно назватьдыхание кислородом воздуха. При ближайшем рассмотрении проблемы причиной смертиможно назвать водородный дефицит организма. При более пристальном взгляде навещи, причиной смерти является спиральный ход времени в Биочасах относительнореликтового излучения Вселенной. Ну а при расследовании с пристрастием причинойсмерти является реликтовое излучение Вселенной и периодическая активностьСолнца в его 11-летнем цикле. Именно они не позволяют воспроизводить на Землеодно и то же время из года в год, а посему мы умираем. Но кто есть кто в этойфундаментальной причине? Ответ прост. Реликтовое излучение являетсярадиоволнами, а Солнце сводит нас в могилу оранжевыми лучами своего спектра.Именно радиоволны и оранжевые лучи останавливают колебания весов Жизни вБиочасах, блокируя нашу печень, почку, толстую кишку, кору головного мозга,сердечную сумку, костный мозг и кости, желудок, мочевой пузырь.
Но… Именно оранжевые лучи и радиоволны помогают снять нам зеленый экрансмерти. Так почему же мы умираем? Что причина нашей смерти?
Ответ все тот же: дефицит ионов водорода (протонов) суть причина смертичеловека и всего живого на планете Земля.
Да, никто не может погасить радиоволны реликтового излучения Вселенной, никтоне может остановить движение и вращение Солнца, но никто не можетзапретить каждому из нас восполнить водородный дефицит и замкнуть спиральвремени в кольцо времени. А в песне поется, что «у кольца начала нет инет конца».
6. Водород и Вселенная.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегоднячеловек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции
21Н + 31Н 42He+ n0 + 17,6 Мэв.
Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов ипротекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причемвыделяется гигантское' по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы ужевидели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнцедарует нам жизнь, а водородная бомба — сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время,— и это время не за горами,—когдамерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасутчеловечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемыхтермоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько жеэнергии, сколько ее дают сейчас триста литров бензина. И человечество будет снедоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другуживотворным источником тепла и света...
Список использованной литературы:
1. Большойэнциклопедический словарь
2. «Основыобщей химии» Г.И. Новиков — Москва, 1988г. «Высшая школа»
3. Справочникпо химии 8-11 кл.
4. Учебноепособие для химико-технологических специальных ВУЗов
5. «Вариациина тему одной планеты», Франц Шебек Москва, 1977г.
6. «Семьчудес и другие», В.З. Черняк — Москва, 1990г.