Реферат: Водород

Водород иВселенная

Когда-толюди обожествляли Солнце. Но теперь оно стало объектом точных исследований, имы редко задумываемся о том, что само наше существование целиком и полностьюзависит от происходящих на нем процессов.

Каждуюсекунду Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную примерно4 млн. т массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядерводорода, протонов, в ядро гелия; реакция идет в несколько стадий, а еесуммарный результат записывается вот таким уравнением:

411Н+→ 42Не2+ + 2е+ + 26,7 МэВ.

Многоэто или мало –26,7 МэВ на один элементарный акт? Очень много: при«сгорании» 1 г протонов выделяется в 20 млн. раз больше энергии, чем присгорании 1 г каменного угля. На Земле такую реакцию еще никто не наблюдал:она идет при температуре и давлении, существующих лишь в недрах звезд и еще неосвоенных человеком.

Мощность,эквивалентную ежесекундной убыли массы в 4 млн. т невозможно представить:даже при мощнейшем термоядерном взрыве в энергию превращается всего около1 кг вещества. Но если отнести всю излучаемую Солнцем энергию к его полноймассе, то выяснится невероятное: удельная мощность Солнца окажется ничтожномалой – много меньше, чем мощность такого «тепловыделяющего устройства», каксам человек. И расчеты показывают, что Солнце будет светить, не ослабевая, еще,по меньшей мере, 30 млрд. лет.

Чтои говорить, на наш век хватит.

НашеСолнце, по меньшей мере, наполовину состоит из водорода. Всего на Солнцеобнаружено 69 химических элементов, но водород – преобладает. Его в 5,1 разабольше, чем гелия, и в 10 тыс. раз (не по весу, а по числу атомов) больше, чемвсех металлов, вместе взятых, Этот водород расходуется не только напроизводство энергии. В ходе термоядерных процессов из него образуются новыехимические элементы, а ускоренные протоны выбрасываются в околосолнечноепространство.

Последнееявление, получившее название «солнечного ветра», было открыто сравнительнонедавно во время исследования космического пространства с помощью искусственныхспутников. Оказалось, что особенно сильные порывы этого «ветра» возникают вовремя хромосферных вспышек. Достигнув Земли, поток протонов, захваченный еемагнитным полем, вызывает полярные сияния и нарушает радиосвязь, а длякосмонавтов «солнечный ветер» представляет серьезную опасность.

Нотолько ли этим ограничивается воздействие на Землю потока ядер солнечноговодорода? По-видимому, нет. Во-первых, поток протонов рождает вторичноекосмическое излучение, достигающее поверхности Земли; во-вторых, магнитные буримогут влиять на процессы жизнедеятельности; в-третьих, захваченные магнитнымполем Земли ядра водорода не могут не сказываться на ее массообмене с космосом.

Судитесами: сейчас в земной коре из каждых 100 атомов 17 – это атомы водорода. Носвободного водорода на Земле практически не существует: он входит в составводы, минералов, угля, нефти, живых существ… Только вулканические газы иногдасодержат немного водорода, который в результате диффузии рассеивается ватмосфере. А так как средняя скорость теплового движения молекул водорода из-заих малой массы очень велика – она близка ко второй космической скорости, – тоиз слоев атмосферы эти молекулы улетают в космическое пространство.

Ноесли Земля теряет водород, то почему она не может его получать от того жеСолнца? Раз «солнечный ветер» – это ядра водорода, которые захватываютсямагнитным полем Земли, то почему бы им на ней не остаться?

Ведьв атмосфере Земли есть кислород; реагируя с залетевшими ядрами водорода, онсвяжет их, и космический водород рано или поздно выпадет на поверхность планетыв виде обыкновенного дождя. Более того, расчет показывает, что масса водорода,содержащегося в воде всех земных океанов, морей, озер и рек, точно равна массепротонов, занесенных «солнечным ветром» за всю историю Земли. Что это – простоесовпадение?

Мыдолжны сознавать, что наше Солнце, наше водородное Солнце, – это лишь зауряднаязвезда 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 иноземнымицивилизациями…

Водород ижизнь

Ещераз о том, что нелепо говорить: «Если бы в природе не было того-то, то не былобы того и этого». Дело в том, что картина мира, которую мы имеем возможностьсейчас наблюдать, сложилась именно в результате того, что существует вдействительности…

Скажем,писатели любят населять планеты, где вместо воды – фтористый водород илиаммиак, а основой жизни служит не углерод, а кремний. Но почему же «кремниевая»жизнь не существует на нашей планете, где кремния хоть отбавляй? Не потому ли,что кремний – просто неподходящая основа для жизни?

Однакоесли и углероду, и кислороду изощренная человеческая фантазия иногда все женаходит замену, то ничто не сможет заменить водород. Дело в том, что у всехэлементов есть аналоги, а у водорода – нет. Ядро этого атома – элементарнаячастица, и это не может не сказываться на свойствах атома.

Любойатом, за исключением атома водорода, в обычных условиях не может лишиться всехэлектронов: у него остается хотя бы еще одна электронная оболочка, и этаоболочка, несущая отрицательные заряды, экранирует ядро. А вот ион водорода –это «голый», положительно заряженный протон, и он может притягиваться кэлектронным оболочкам других атомов, испытывая при этом не особенно сильноеотталкивание от ядра.

Ивот что получается. Скажем, в молекуле воды обе валентности атома кислороданасыщены и, казалось бы, между двумя молекулами никакой дополнительной связивозникнуть не может. Но когда атом водорода одной молекулы воды приближается катому кислорода другой молекулы, то между протоном и электронной оболочкойкислорода начинает девствовать сила дополнительного притяжения, и образуетсяособая, так называемая водородная связь:

/>

Такиесвязи раз в двадцать слабее обычных, но все же роль их огромна. Взять, кпримеру, ту же самую воду: многие ее удивительные свойства определяются именнонеобычайно развитыми водородными связями. Попробуйте хотя бы предсказать еетемпературу плавления, основываясь на константах соединений водорода с соседямикислорода по периодической системе – азотом и фтором или аналогами – серой иселеном.

Аммиакплавится при – 77,7 °C, фтористый водород при – 92,3 °C;следовательно, вода, вроде бы, должна иметь промежуточную температуру плавленияоколо – 85 °C. Селенистый водород плавится при – 64 °C, сероводородпри – 82,9 °C; следовательно, точка плавления воды, как аналогичногопроизводного с меньшим молекулярным весом, должна быть еще ниже… Но нет, еедействительная температура плавления оказывается почти на сотню градусов вышепредсказанной теоретически, и виной тому – слабые, но многочисленныемежмолекулярные водородные связи, которые кислород в силу специфическогостроения электронной оболочки способен образовывать в значительно большей мере,чем азот, фтор, сера или селен.

Водородныесвязи лежат в основе самых тонких явлений жизнедеятельности. Например, именноблагодаря этим связям ферменты способны специфически распознавать вещества,реакции которых они ускоряют. Дело в том, что белковая цепь каждого ферментаимеет строго определенную пространственную конфигурацию, закрепленнуюмножеством внутримолекулярных водородных связей между группировками атомовС = О и N – Н. В свою очередь молекула вещества имеетгруппировки, способные давать водородные связи с определенным участком молекулыфермента – так называемым активным центром. В результате внутримолекулярныесвязи в этом веществе ослабевают, и фермент буквально «раскусывает» молекулу.

Ноэтим не ограничивается роль слабых водородных связей в процессахжизнедеятельности. Именно благодаря этим связям происходит точное копированиемолекулы ДНК, передающей из поколения в поколение всю генетическую информацию;водородные связи определяют специфичность действия многих лекарственныхпрепаратов; ответственны они и за вкусовые ощущения, и за способность нашихмышц сокращаться… Одним словом, в живой природе атом водорода действительнонезаменим.

Водород инаука

Всамом конце XVIII и начале XIX в. химия вступила в период установленияколичественных закономерностей: в 1803 г. Джон Дальтон сформулировал законкратных отношений (вещества реагируют между собой в весовых отношениях, кратныхих химическим эквивалентам). Тогда же им была составлена первая в историихимической науки таблица относительных атомных весов элементов. В этой таблицена первом месте оказался водород, а атомные веса других элементов выражалисьчислами, близкими к целым.

Особоеположение, которое с самого начала занял водород, не могло не привлечь вниманияученых, и в 1811 г. химики смогли ознакомиться с гипотезой Уильяма Праута,развившего идею философов древней Греции о единстве мира и предположившего, чтовсе элементы образованы из водорода как из самого легкого элемента. Праутувозражал Йенс Якоб Берцелиус, как раз занимавшийся уточнением атомных весов: изего опытов следовало, что атомные веса элементов не находятся в целочисленныхотношениях к атомному весу водорода. «Но, – возражали сторонники Праута, –атомные веса определены еще недостаточно точно» – и в качестве примерассылались на эксперименты Жана Стаса, который в 1840 г. исправил атомныйвес углерода с 11,26 (эта величина была установлена Берцелиусом) на 12,0.

Ивсе же привлекательную гипотезу Праута пришлось на время оставить: вскоре тотже Стас тщательными и не подлежащими сомнению исследованиями установил, что,например, атомный вес хлора равен 35,45, т.е. никак не может быть выраженчислом, кратным атомному весу водорода…

Новот в 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев создал свою периодическуюклассификацию элементов, положив в ее основу атомные веса элементов как ихнаиболее фундаментальную характеристику. И на первом месте в системе элементов,естественно, оказался водород.

Соткрытием периодического закона стало ясно, что химические элементы образуютединый ряд, построение которого подчиняется какой-то внутренней закономерности.И это не могло вновь не вызвать к жизни гипотезу Праута – правда, в несколькоизмененной форме: в 1888 г. Уильям Крукс предположил, что все элементы, втом числе и водород, образованы путем уплотнения некоторой первичной материи,названной им протилом. А так как протил, рассуждал Крукс, по-видимому, имееточень малый атомный вес, то отсюда понятно и возникновение дробных атомныхвесов.

Противэтой гипотезы Менделеев возражал: «…дайте что-либо индивидуализированное истанет легко понять возможность видимого многообразия. Иначе – единое как жедаст множество?» То есть, по мнению создателя периодической системы, один сортчастиц не может служить основой для построения системы элементов, обладающихстоль разнообразными свойствами.

Новот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занимал вопрос: а почемупериодическая система должна начинаться именно с водорода? Что мешаетсуществованию элементов с атомным весом, меньше единицы? И в качестве такогоэлемента в 1905 г. Менделеев называет… «мировой эфир». Более того, онпомещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес –0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть, по мнениюМенделеева, все проникающим, а его упругие колебания могли бы объяснитьсветовые явления…

Увы,этому предвидению великого ученого не было суждено сбыться. Но Менделеев былправ в том отношении, что элементы не построены из тождественных частиц: мызнаем теперь, что они построены из протонов, нейтронов и электронов.

Нопозвольте, воскликнете вы, ведь протон – это ядро атома водорода. Значит Праутбыл все-таки прав?

Да,он действительно был по-своему прав. Но это была, если можно так выразиться,преждевременная правота. Потому что в то время ее нельзя было ни по-настоящемуподтвердить, ни по-настоящему опровергнуть…

Впрочем,сам водород сыграл в истории развития научной мысли еще немалую роль. В1913 г. Нильс Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, объяснившие наоснове квантовой механики особенности строения атома и внутреннюю сущностьзакона периодичности. И теория Бора была признана потому, что рассчитанный наее основе спектр водорода полностью совпал с наблюдаемым.

Ивсе же история идеи, высказанной более 150 лет назад, еще не окончена. Одна изголоволомнейших задач, стоящих перед сегодняшней наукой, заключается в том,чтобы найти закономерность в свойствах так называемых элементарных частиц,которых сейчас насчитывается уже много десятков. Ученые делают попытки свестиих в своеобразную периодическую систему, но разве это не указывает на то, чтовсе-таки существуют какие-то «кирпичи мироздания», из которых и построены всеэлементарные частицы, – и атомы, и молекулы, и мы с вами, в конце концов?

Физикипредположили, что такие частицы существуют и даже назвали их кварками. Тольковот беда: еще никто в мире не сумел доказать, что такие частицы – реальность, ане миф…

Новспомним Праута и судьбу его гипотезы. Мысль о частицах, из которых построеновсе, остается столь же привлекательной, как и два тысячелетия, и полтора веканазад. И пусть кварки окажутся не тем, что о них думают современные ученые,важно то, что идея единства мира живет и развивается. И наступит время, когдаона получит свое логическое завершение.

Водород ипрактика

Сразуже оговоримся: в отличие от, «науки», как области чистых идей, «практикой» мыназовем все, что служит практической деятельности человека – пусть это дажебудет деятельность ученого-экспериментатора.

Химикимеет дело с водородом, прежде всего как с веществом, обладающим свойствамиидеального восстановителя.

Нооткуда взять водород? Конечно, проще всего из баллона. Из зеленого баллона скрасной надписью «Водород» и с вентилем с «левой» резьбой (горючий газ!). Ноесли баллона под руками нет?

Водородможно получать взаимодействием металлов с кислотами:

Zn+ H2SO4 → ZnSО4 + Н2↑.

Ноэтот водород не может быть идеально чистым, потому что нужны идеально чистыеметалл и кислота. Чистый водород получал еще Лавуазье, пропуская пары воды черезраскаленный на жаровне ружейный ствол:

4Н2О+ 3Fe → Fe3О4 + 4Н2↑.

Нои этот способ не слишком удобен, хотя в современной лаборатории можно обойтиськварцевой трубкой, наполненной железными стружками и нагреваемой в электропечи.

Электролиз!Дистиллированная вода, в которую для повышения электропроводности добавленонемного серной кислоты, разлагается при прохождении постоянного тока:

2Н2О→ 2Н2 ↑ + О2↑.

Квашим услугам – водород почти идеальной чистоты, его нужно только освободить отмельчайших капелек воды. (В промышленности в воду добавляют щелочь, а некислоту – чтобы не разрушалась металлическая аппаратура).

Атеперь будем медленно пропускать этот водород через воду, в которой взмученхлористый палладий. Почти сразу начнется восстановление, и осадок почернеет –получится палладиевая чернь:

PdCl2+ H2 → Pd + 2HCl.

Палладиеваячернь – прекрасный катализатор для гидрирования разнообразных органическихсоединений. А катализатор тут нужен потому, что молекулярный водород весьмаинертен: даже с кислородом при обычных условиях он реагирует необычайномедленно. Ведь сначала молекула водорода должна диссоциировать на атомы, а дляэтого на каждый моль водорода (т.е. всего на 2 г!) нужно затратить104 ккал. А вот на поверхности катализатора этот процесс идет с гораздоменьшими затратами энергии, водород резко активизируется.

Пожалуй,не стоит много говорить о роли катализаторов в современной химическойтехнологии: в их присутствии проводится подавляющее большинство процессов. Иважнейший среди них – синтез аммиака из водорода и атмосферного азота:

3H2+ N2 → 2NH3.

Приэтом водород добывают или из воды и метана по так называемой реакции конверсии:

CH4+ 2Н2О → 4Н2 + CO2.

илирасщепляя природные углеводороды по реакции, обратной реакции гидрирования:

СН3– СН3 – СН2 = СН2 + Н2.

Синтетическийаммиак незаменим в производстве азотных удобрений. Но водород нужен не толькодля получения аммиака. Превращение жидких растительных жиров в твердыезаменители животного масла, преобразование твердых низкокачественных углей вжидкое топливо и многие другие процессы происходят с участием элементарноговодорода. Выходит, что водород – это пища и для человека, и для растений, и длямашин…

Новернемся в лабораторию. Здесь водород применяют не только в чистом виде, но и ввиде его соединений с металлами – например алюмогидрида лития LiAlH4,бор гидрида натрия NaBH4. Эти соединения легко и специфическивосстанавливают определенные группировки атомов в органических веществах:

/>

Изотопыводорода – дейтерии (2Н или D) и тритий (3Н или Т) –позволяют изучать тончайшие механизмы химических и биохимических процессов. Этиизотопы используют как «метки», потому что атомы дейтерия и трития сохраняютвсе химические свойства обычного легкого изотопа – протия – и способныподменять его в органических соединениях. Но дейтерий можно отличить от протияпо массе, а тритий – и по радиоактивности. Это позволяет проследить судьбукаждого фрагмента меченой молекулы.

Водород ибудущее

Слова«дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагаетмощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции:

21Н + 31Н → 42Не +10n+ 17,6 МэВ.

Этареакция начинается при 10 млн. градусов и протекает за ничтожные доли секундыпри взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское по масштабам Земликоличество энергии.

Водородныебомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идутмедленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, аводородная бомба – сулит смерть…

Нокогда-нибудь настанет время – и это время не за горами, – когда мериломценности 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 300 л бензина. И человечество будет снедоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другуживотворным источником тепла и света…

Протий, дейтерий, тритий…

Физическиеи химические свойства изотопов всех элементов, кроме водорода, практическиодинаковы: ведь для атомов, ядра которых состоят из нескольких протонов инейтронов, не так уж и важно – одним нейтроном меньше или одним нейтрономбольше. А вот ядро атома водорода – это один-единственный протон, и если к немуприсовокупить нейтрон, масса ядра возрастет почти вдвое, а если два нейтрона –втрое. Поэтому легкий водород (протий) кипит при минус 252,6 °C, атемпература кипения его изотопов отличается от этой величины на 3,2° (дейтерий)и 4,5° (тритий). Для изотопов это очень большое различие!

Удивительныеизотопы распространены в природе неодинаково: один атом дейтерия приходитсяпримерно на 7000, а один атом бета радиоактивного трития – на миллиардмиллиардов атомов протия. Искусственным путем получен еще один, крайненеустойчивый изотоп водорода – 4Н.

Точность – прежде всего

Относительнаямасса легкого изотопа водорода определена прямо-таки с фантастическойточностью: 1,007276470 (если принять массу изотопа углерода 12Сравной 12,0000000). Если бы с такой точностью была измерена, к примеру, длинаэкватора, то ошибка не превысила бы 4 см!

Нозачем нужна такая точность? Ведь каждая новая цифра требует отэкспериментаторов все больших и больших усилий… Секрет раскрывается просто:ядра протия, протоны, принимают участие во многих ядерных реакциях. А еслиизвестны массы реагирующих ядер и массы продуктов реакции, то, пользуясьформулой Е = mc2, можно рассчитать ееэнергетический эффект. А так как энергетические эффекты даже ядерных реакцийсопровождаются лишь незначительным изменением массы, то и приходится эти массыизмерять как можно точнее.

Первая или седьмая?

Какоеместо должен занимать водород в периодической системе? Казалось бы, нелепыйвопрос: конечно, первое! Да, но в какую группу его поместить? Долгое времяводород располагали над литием, поскольку у него один валентный электрон, как иу всех одновалентных металлов. (Кстати, и теплопроводность водорода для газанеобычайно велика – молекулы водорода движутся значительно быстрее молекулдругих газов и поэтому интенсивнее переносят тепло.)

Всовременной таблице элементов водород помещают в VII группу, над фтором. Дело втом, что логика закона периодичности требует, чтобы заряд ядерэлементов-аналогов первых трех периодов различался на восемь единиц; поэтомуводород (порядковый номер 1) нужно рассматривать как аналог фтора (порядковыйномер 9), а не как аналог лития (порядковый номер 3). И все же нужно помнить,что аналогия тут не полная: хотя водород, как и фтор, способен даватьсоединения с металлами (гидриды), ион водорода – это протон, голая элементарнаячастица, и его вообще нельзя сравнивать ни с какими другими ионами.

Щелочь или кислота?

Вещества,отщепляющие в растворах ион водорода, протон, называются кислотами, априсоединяющие этот ион – щелочами. Концентрация протонов характеризует реакциюсреды: в 1 л нейтрального водного раствора, как и в 1 л чистой воды,содержится 10–7 грамм-ионов водорода; если концентрация протоноввыше, среда приобретает кислую реакцию, а если ниже – щелочную. (Логарифм этойконцентрации, взятый с противоположным знаком, – «водородный показатель», илирН.)

Однакоследует помнить, что свободных протонов в водных растворах нет и не может быть:ядро атома водорода настолько мало, что оно как бы внедряется в электроннуюоболочку воды и образует особое соединение – ион оксония:

Н++ Н2О → Н3О+.

Впрочем,дело тут обстоит скорее наоборот – не ион оксония образуется потому, что протонотщепляется от кислоты, а кислота диссоциирует потому, что образуется ионоксония. Поэтому схему диссоциации, скажем, хлористого водорода, следуетзаписать так:

HСl+ H2О → H3О+ + Сl–.

Этозначит, что вода при растворении в ней хлористого водорода ведет себя какщелочь (она присоединяет протон); если же в ней растворяется, например, аммиак,то вода выступает уже в роли кислоты:

NH3+ Н2О → NH4+ + ОН–.

Однимсловом – все в мире относительно…

Чудеса окклюзии

Представьтесебе такой опыт. В приборе для электролиза воды катод изготовлен в видепластинки. Вы включаете ток, и… пластинка сама собой начинает изгибаться!Секрет этого фокуса заключается в том, что пластинка изготовлена из палладия ис одной стороны покрыта слоем лака. При электролизе на не лакированной сторонепластинки выделяется водород и тотчас же растворяется в металле; а так как приэтом объем палладия увеличивается, то возникает усилие, изгибающее пластинку.

Ноподождите, – скажете вы, – разве газы растворяются в металлах? Вообще говоря, вэтом явлении, называемом окклюзией, нет ничего удивительного. Удивительнодругое: в одном объеме палладия растворяется до 850 объемов водорода! Этонемногим меньше того количества аммиака, какое может раствориться в одномобъеме воды, – а уж какой газ растворяется в воде лучше! Водород жерастворяется в воде очень слабо – около 0,02 объема на объем воды.

In statu nascendi

Присгорании водорода в чистом кислороде развивается температура до 2800 °C –такое пламя легко плавит кварц и большинство металлов. Но с помощью водородаможно достичь и еще более высокой температуры, если использовать его не какисточник, а как переносчик и концентратор энергии.

Воткак это делается. Струю водорода пропускают через пламя вольтовой дуги. Поддействием высокой температуры его молекулы распадаются, диссоциируют на атомы,поглощая большое количество энергии. Образовавшийся атомарный водородсоединяется в молекулы не мгновенно: ведь атомы должны прежде отдать запасеннуюэнергию. И если струя атомарного водорода направлена на какую-нибудь твердуюповерхность, то именно на ней и происходит соединение атомов в молекулы:выделяется энергия диссоциации, и температура поверхности повышается до 3500…4000 °C.С помощью такой атомарно-водородной горелки можно обрабатывать даже самыетугоплавкие металлы.

Атомарныйводород рождается не только в пламени дуги: он образуется даже при реакциикислот с металлами. В момент своего о выделения (по латыни – in statu nascendi)водород обладает повышенной активностью, и химики используют его длявосстановления органических веществ.

Сколько всего водородов?

Мыуже говорили о четырех разновидностях водорода – его изотопах. И все же вприроде существует гораздо больше разных «водородов», если говорить не толькооб атомах этого элемента, но и о его молекулах. Дело в том, что при нормальныхусловиях молекулярный водород представляет собой смесь двух необычных изомеров– так называемых орто- и пароводорода, которые отличаются ориентацией магнитныхмоментов ядер составляющих их атомов. У ортоводорода эти моменты имеютодинаковую ориентацию, а у пара водорода – противоположную; орто- и параизомерыотличаются и своими физическими свойствами. А так как подобные же изомеры естьи у дейтерия, и у трития и так как могут существовать молекулы HD, НТ и DT,каждая из которых тоже, по-видимому, может существовать в виде орто- ипараизомеров, то это значит, что существует двенадцать разновидностеймолекулярного водорода.

Нои это еще не все. Не так давно ученым удалось получить антиводород – атом,построенный из антипротона и позитрона, а вслед за ним в ускорителях высокихэнергий были получены ядра антидейтерия и антитрития. А еще есть мезоатомы, вкоторых протон или электрон заменены тем или иным мезоном. Их тоже можно рассматриватькак своеобразные изотопы водорода…

Первый металлический водород

Сводородом, как мы знаем, сегодня связаны, по меньшей мере три надежды: натермоядерную энергию, на передачу энергии почти без потерь (в сверхпроводящихустройствах при температуре жидкого водорода, а не жидкого гелия) и – как нагорючее, безвредное для окружающей среды. И все эти надежды связывают преждевсего с металлическим водородом, т.е. таким водородом, который представляетсобой твердое тело, обладающее высокой электропроводностью и другими свойствамиметалла. Компактный металлический водород должен быть наиболее удобнымводородом-топливом. Кроме того, есть теоретические предпосылки, согласнокоторым металлический водород может существовать и при обычной температуре,оставаясь при этом сверхпроводником.

Металлическийводород пытались (и продолжают пытаться) получить разными способами, подвергаяобыкновенный твердый водород статическим или динамическим нагрузкам. Первоесообщение о возможном успехе при решении этой важной и сложной проблемы былоопубликовано в феврале 1975 г. группой ученых Института физики высокихдавлений АН СССР (во главе с академиком Л.Ф. Верещагиным). Осадив наохлажденные до 4,2°К алмазные наковальни тонкий слой водорода и воздействовавна него очень высоким давлением, наблюдали необычное явление. Электрическоесопротивление водорода уменьшилось в миллионы раз – он перешел в металлическоесостояние. Это произошло под статическим давлением порядка 3 млн. атм.Когда же давление начали снижать, то уже примерно при троекратном уменьшениидавления (1 млн. атм.) происходил обратный переход водорода изметаллического состояния в обычное, диэлектрическое. Впрочем, этот фактисследователи не воспринимали как фатальную неудачу, означающую невозможностьсуществования металлического водорода при нормальном давлении. Они надеются,что металлический водород как-то удастся «закалить» и со временем сделатьдоступным для ученых разных специальностей. И для техники, видимо, тоже.