Водоро́д (химический символ — H, от лат. ) — химический элемент первого периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 1.
Одноатомная форма водорода — самое распространённое химическое вещество во Вселенной, составляющее примерно 75 % всей барионной массы. Звёзды, кроме компактных, в основном состоят из водородной плазмы. Самый лёгкий из элементов периодической таблицы.
Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий, 2H — дейтерий и 3H — тритий (радиоактивен).
Ядро самого распространённого изотопа — протия — состоит из одного только протона и не содержит нейтронов.
Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине, ниобии.
Как отличить водород от метана
Большинство газов не имеют цвета и запаха, поэтому очень трудно их отличить друг от друга. Кроме того, они иногда находятся в смеси с воздухом. Поэтому отличать газы друг от друга следует, пользуясь химическими методами.
Учтите, что метан и водород имеют ряд одинаковых свойств, что затрудняет процесс отличения их друг от друга. Оба газа абсолютно бесцветны, не имеют запаха и горят пламенем одинакового цвета. По своим физико-химическим свойствам водород и метан амфотерны, малорастворимы в воде и спиртах, имеют меньшую плотность, чем воздух. Отличий же у них немного.
Обратите внимание на то, как сгорают водород и метан. В обоих случая, пламя имеет синеватый цвет. Смесь любого из этих газов с воздухом в небольшой пробирке при поджигании также одинаково резко сгорает. Но метан при сгорании выделяет сажу. Для того, чтобы это проверить, возьмите холодную металлическую пластинку и поднесите пламени, причем, так, чтобы она касалась его нижней части. Если вы увидите на одной из пластинок сажу, значит, сгорает метан, если нет — водород. Происходит это по той причине, что при температуре 500 градусов метан разлагается на две составные части:CH4=C+H2, где С — углерод, из которого и состоит сажа. Именно она используется для изготовления черной краски под названием «сажа газовая».
Попробуйте отличить метан от водорода на основании того факта, что для сжигания метана требуются двойные порции кислорода, а не половинные, как при горении водорода.
Для получения наиболее достоверных результатов осуществите сжигание газа в атмосфере не воздуха, а хлора. Если в такой атмосфере горит водород, уравнение реакции будет выглядеть следующим образом:H2+Cl2=2HClЕсли проводить реакцию замещения метана хлором при высокой температуре, то получится хлорметан — газ со сладковатым запахом:CH4=CH3Cl (при t=500 градусов)Однако, проверять запах газа, получающегося в результате реакции, нельзя, поскольку в обоих случаях он будет ядовитым. Поэтому его необходимо снова поджечь, на этот раз — в воздушной атмосфере. Если газ горит характерным зеленым пламенем, значит, это хлорметан, а если обычным — хлороводород.
При проведении опытов соблюдайте правила пожарной и химической безопасности.
Забыли пароль? Еще не зарегистрированы?
Как распознать водород
Водород – первый элемент таблицы Менделеева, латинское название которого hydrohenium дословно означает «порождающий воду». Существует в природе в виде трех изотопов. Первый самый распространенный – «протий», второй – «дейтерий», третий – «тритий». Представляет собою бесцветный газ с химической формулой H2. В смеси с воздухом водород взрывоопасен. Легко вступает в реакцию с активными металлами, образуя гидриды. Вступает в реакции с оксидами металлов, восстанавливая их до чистых металлов. Как же получить и распознать водород?
В пробирку из тугоплавкого стекла поместите немного мелких железных опилок, лучше – порошка железа, ведь чем мельче фракция реагента, тем быстрее и легче пойдет реакция. Надо нанести на них несколько капель воды и лучше пипеткой, дать впитаться и засыпать сверху вторую такую же порцию опилок (порошка).
Плотно заткнуть горловину пробирки резиновой пробкой с отверстием в центре, через которое проходит стеклянная изогнутая трубка (отводящая). Другой конец этой трубки должен входить в приемную емкость, лучше в пробирку, перевернутую верх дном. Желательно, через «гидрозатвор», чтобы водород заполнял пробирку, вытесняя воду.
Закрепите пробирку с железным порошком и сильно нагрейте. Там будет протекать такая реакция: 2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 3H2
Газ, образующийся в ходе этой реакции, собирается в приемной емкости, что легко можно видеть по бурлению пузырьков в «гидрозатворе». Как проверить, что это именно водород?
Надо взять пробирку с газом, по-прежнему держа ее верх дном, и поднести к открытому концу тлеющую лучинку. Если бы там находился чистый водород, прозвучал бы характерный громкий звук, похожий на свист. Однако, поскольку кроме водорода, там наверняка есть немного воздуха, раздастся громкий «отрывистый» хлопок. Это и есть самая характерная реакция на присутствие водорода!
Помните, что пробирка с опилками (порошком) железа должна быть абсолютно целой. Недопустима даже самая малая трещина, а приемная пробирка, где собирался водород, тоже. И лучше перед поднесением огня обмотать ее тканью.
При использовании описанного метода, равно как и прочих методов выделения, сбора и определения водорода, необходимо соблюдать меры предосторожности!
Водород служит сырьем при некоторых крупнотоннажных химических процессах, например, при производстве аммиака, моющих средств (гидрирование жиров), метилового спирта и т.д. Используется в пищевой промышленности. Незаменим в качестве компонента ракетного топлива. Весьма перспективен в качестве топлива для автомобилей.
Чтобы «увидеть» водородное пламя, наилучшей на сегодняшний день технологией является мультиспектральное инфракрасное обнаружение пламени.
Сам по себе водород бесцветен, не имеет запаха, вкуса и нетоксичен. Но когда даже небольшое количество этого, казалось бы, безвредного вещества смешивается с воздухом, оно превращается в серьезную опасность пожара. Поэтому отрасли, использующие водород, нуждаются в передовых технологиях обнаружения пламени и утечек газа, чтобы обеспечить безопасную среду для людей и процессов.
Водород, первый элемент периодической таблицы, является самым распространенным химическим веществом во Вселенной. На Земле он обычно встречается в сочетании с другими элементами (например, в молекулах воды), но редко в чистом виде.
В дополнение к своему значению в мире природы, водород играет важную роль во многих промышленных процессах. К ним относятся нефтепереработка и пищевая промышленность, а также производство удобрений, пластмасс, фармацевтических препаратов, кремниевых чипов и стеклянных листов.
Каждый горючий газ горит по-разному, создавая характерное пламя. По сравнению с углеводородным пламенем, водородное пламя излучает мало видимого света или инфракрасного излучения, и поэтому его труднее обнаружить людям и оборудованию.
Чем опасен водород?
Промышленные пользователи водорода должны иметь дело с высокой реакционной способностью и взрывоопасными свойствами этого газа. В системе маркировки, используемой для обозначения опасных материалов, водороду присваивают самый высокий рейтинг «4» по шкале воспламеняемости, потому что он легко воспламеняется при смешивании даже в небольших количествах с обычным воздухом. Материалы с рейтингом воспламеняемости «4» — это те, которые легко воспламеняются при комнатной температуре, включая ацетилен, пропан и газообразный водород.
Кроме того, для воспламенения водорода требуется лишь небольшое количество энергии. На самом деле он действительно может самовоспламениться даже без внешнего источника энергии в тех случаях, когда он протекает из трубы при достаточно высоком давлении.
Еще более опасным водород делает тот факт, что, в отличие от углеводородного пламени, человеческие чувства не могут легко обнаружить водородное пламя. Люди, столкнувшиеся с водородным пламенем, не увидят его даже вблизи. Вместо этого они могут видеть мерцающую область перед собой, как если бы это был мираж. Они также могут видеть искры, которые представляют собой частицы пыли, кратковременно горящие в пламени.
Детекторы газа: первая линия защиты
К счастью для промышленных предприятий, использующих водород, детекторы газа и детекторы пламени могут работать как команда, чтобы быстро определить утечку газа или возникшее пламя. Поскольку люди не могут видеть, чувствовать запах или пробовать газообразный водород в обычных условиях, следует использовать систему обнаружения газа, чтобы предупредить персонал станции об утечке до того, как она воспламенится. Такие системы можно считать первой линией защиты в случае выброса водорода. В случае утечки быстрое обнаружение позволяет остановить утечку до того, как она вызовет пожар или взрыв.
Двумя распространенными технологиями обнаружения горючих газов являются ИК-детекторы и детекторы с каталитическими шариками (пеллисторы). ИК-детектор газа реагирует на газы, поглощающие ИК-излучение, такие как метан и пропан на углеводородной основе. Но поскольку водород не может поглощать ИК-излучение, ИК-детекторы газа не обнаружат водород, и поэтому их использование не рекомендуется.
Это делает детекторы каталитического типа шариками правильным выбором для обнаружения водорода при более низком уровне воспламенения. Каталитический шариковый датчик обнаруживает любой горючий газ, который соединяется с кислородом с выделением тепла. Если газ может гореть в воздухе, этот датчик обнаружит это.
Датчик каталитического газа обычно состоит из пары согласованных платиновых проволочных резисторов, один из которых заключен в керамический шарик. Активный каталитический шарик покрыт катализатором; эталонный каталитический шарик остается необработанным. Эта согласованная пара затем закрывается огнеупорным агломератом или пористым фильтром.
При работе шарики резистивно нагреваются. Когда горючий газ вступает в контакт с поверхностью каталитического шарика, он окисляется и выделяется тепло, вызывая изменение сопротивления проволоки. Эталонный (или пассивный) шарик поддерживает то же электрическое сопротивление в чистом воздухе, что и активный шарик, но не катализирует горючий газ. Датчик обнаруживает газ, сравнивая токи. Если они отличаются, детектор может подать сигнал тревоги. Если газового облака нет, то обе бусины будут иметь одинаковый ток, и тревога не сработает.
Детекторы с каталитическими шариками имеют недостатки. Во-первых, они могут не сигнализировать о сбое. Они также подвержены отравлению, что может привести к их выходу из строя из-за воздействия силиконов и других химических веществ, которые распространены в промышленных условиях. В этих случаях пористый фильтр засоряется, в результате чего активная бусина ведет себя так же, как эталонная бусина, что может повлиять на точность системы или, возможно, помешать детектору обнаруживать газ.
Если активная бусина в каталитическом детекторе не может обнаруживать газ, оператор в диспетчерской не сможет об этом узнать. Поэтому для обеспечения надлежащей работы сенсора необходимо периодически проводить ударные или контрольные испытания с калибровочным газом.
При размещении этих газоанализаторов пользователи должны помнить, что водород, самый легкий газ, быстро всплывает вверх и рассеивается. По этой причине установщики должны убедиться, что газоанализатор расположен близко и над местом, где может произойти утечка или может скопиться газообразный водород, например, прямо над штоком клапана.
Обнаружение водородного пламени бывает нескольких видов
В дополнение к детекторам газа оптимальная группа безопасности водорода включает детекторы, которые могут быстро и точно обнаружить водородное пламя, если утечка действительно возгорается. Одним из вариантов обнаружения водородного пламени является тепловой детектор. Детекторы этого типа не будут подавать сигнал тревоги, пока температура контролируемой зоны не превысит порог срабатывания извещателя, поэтому логично расположить их непосредственно над возможным местом возгорания водорода. Однако источник утечки водорода может создать пламя, направленное в сторону от детектора.
Еще больше усложняет ситуацию то, что низкое ИК-излучение водородного пламени может быть недостаточным, чтобы вызвать тревогу теплового детектора. Несмотря на то, что тепловые детекторы полезны, их правильное расположение является самой большой проблемой.
Другой альтернативой является использование оптического датчика пламени, который может обнаруживать водородное пламя. По сравнению с углеводородным пламенем водородное пламя излучает мало видимого света. Доступны технологии, которые обнаруживают водородное пламя, в том числе те, которые обнаруживают невидимое инфракрасное и ультрафиолетовое (УФ) излучение.
В УФ-детекторах пламени используются анодно-катодные вакуумные трубки типа Гейгера-Мюллера, технология, восходящая к началу 20 века, для обнаружения УФ-излучения, испускаемого пламенем. УФ-излучение попадает в вакуумную трубку через кварцевое окно и попадает на катод. Энергия УФ-фотона высвобождает фотоэлектрон и создает электрический импульс, когда он движется к аноду.
Поскольку водородное пламя излучает энергию в основном в УФ-диапазоне, УФ-детекторы пламени лучше всего подходят для быстрого обнаружения водородного пламени. УФ-детекторы пламени также обеспечивают хорошую дальность обнаружения.
С другой стороны, УФ-детекторы пламени чувствительны к дуговым разрядам, искрам, сварке, молниям и другим непламенным источникам с высоким содержанием УФ-излучения. Эти УФ-излучатели могут вызывать ложные срабатывания УФ-детекторов пламени, что может иметь дорогостоящие последствия и снижать чувствительность людей к реальным потенциальным опасностям.
Поэтому УФ-извещатели пламени лучше всего подходят для мест, изолированных от источников ложных срабатываний, например, в закрытых помещениях. Однако даже здесь проблема, вероятно, не будет полностью устранена, поскольку в большинстве закрытых помещений есть вентиляционные каналы, которые могут отражать УФ-излучение от молнии и сварочных работ, что приводит к срабатыванию УФ-детектора пламени.
Существуют детекторы, в которых используются как ультрафиолетовые, так и инфракрасные технологии. Этим извещателям для срабатывания сигнализации требуется наличие как УФ-, так и ИК-сигналов. Это обеспечивает лучшую возможность подавления ложных тревог по сравнению с обнаружением только УФ-излучения. Тем не менее, УФ-ИК-детекторы по-прежнему чувствительны к комбинациям источников ложной тревоги.
Извещатели пламени МИК становятся фаворитами
Проблема ложной тревоги, с которой сталкиваются УФ- и УФ-ИК-детекторы пламени, является одной из причин, по которой мультиспектральное инфракрасное (МИК) обнаружение пламени стало предпочтительным выбором для обнаружения водородного пламени в большинстве внутренних и наружных условий. В этих детекторах пламени используется комбинация фильтров ИК-датчиков и программного анализа, чтобы обнаруживать пламя и снижать количество ложных срабатываний.
Некоторые детекторы пламени МИК были разработаны специально для обнаружения слабого излучения водородного пламени с использованием уникального набора ИК-фильтров. Эти специальные устройства обеспечивают очень хорошую дальность обнаружения. Оснащенные оптимальным набором ИК-фильтров, некоторые детекторы пламени могут обнаруживать вдвое больше, чем у УФ-детектора пламени. Детекторы пламени МИК также имеют хорошее время отклика, но не вызывают ложных срабатываний при воздействии дуги, искр, сварки и молнии. Кроме того, они обеспечивают солнечную устойчивость и нечувствительны к искусственному освещению и большей части излучения абсолютно черного тела, что может отрицательно сказаться на других технологиях обнаружения.
С другой стороны, дальность действия извещателей пламени МИК уменьшается из-за наличия воды или льда на линзе. Чтобы смягчить эту проблему, некоторые детекторы оснащены нагревателями линз, которые растапливают лед и ускоряют испарение воды.
Водород — ценный товар с растущим списком применений. Но это также легковоспламеняющееся вещество, представляющее особую опасность для людей и имущества. Эти угрозы могут быть сведены к минимуму руководителями предприятий и персоналом, которые понимают уникальные характеристики водорода, а затем развертывают детекторы, предназначенные для решения задач быстрого и точного обнаружения утечек газообразного водорода и пламени.
Углеводород. Обнаружение водородного пламени
Технология оптического обнаружения пламени должна соответствовать типу топлива, которое она, как ожидается, обнаружит. Чтобы убедиться, что пламя существует, датчик пламени должен обнаружить один или все компоненты пламени. В пламени, подпитываемом источником углеводородов, компонентами являются двуокись углерода (CO2), углерод, вода и тепло. Но не все пожары одинаковы. Водородный огонь не выделяет CO2.
Широко используемые сегодня технологии обнаружения пламени основаны на ультрафиолетовых (УФ) и инфракрасных (ИК) датчиках. Поскольку пожары на углеводородной основе являются сильными излучателями в ИК-спектре, для их обнаружения подходят одинарные и двойные ИК-извещатели. Комбинированные УФ/ИК-детекторы также были популярным выбором для обнаружения возгораний на основе углеводородов, поскольку они снижают количество ложных срабатываний.
В отличие от углеводородного пламени, водородное пламя излучает энергию преимущественно в УФ- и водяном диапазонах. Таким образом, УФ-детекторы пламени являются логичным выбором для обнаружения водородного пламени.
Фактически, УФ-детекторы пламени хорошо реагируют как на углеводородные, так и на неуглеводородные возгорания. Но для обнаружения обоих видов возгораний УФ, УФ/ИК, а также одиночные и двойные ИК детекторы заменяются многоспектральными ИК (МИК) или тройными ИК системами обнаружения. Технология предлагает лучшую производительность, меньшее количество ложных срабатываний и часто более низкую стоимость покрытия, чем ее традиционные аналоги для обнаружения во многих приложениях.
Водотворное вещество в соединении с кислотворным составляет воду. Сие можно доказать, как через разрешение, так и через составление.
Русское наименование «водород» предложил химик Михаил Соловьёв в 1824 году — по аналогии с «кислородом» Ломоносова.
Водород сегодня применяется во многих областях.
Структура мирового потребления водорода представлена в следующей таблице
Водород используют и в качестве ракетного топлива. Ввиду крайне узкого диапазона температур (менее 7 кельвинов), при котором водород остаётся жидкостью, на практике чаще используется смесь жидкой и твёрдой фаз.
В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.
Пищевая и косметическая промышленность
При производстве саломаса (твёрдый жир, производимый из растительных масел) используется около 2 % мирового выпуска водорода. Саломас является основой для производства маргарина, косметических средств, мыла. Водород зарегистрирован в качестве пищевой добавки под номером E949.
В настоящее время водород в авиации не используется. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, в ходе которых дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием, несмотря на его существенно более высокую стоимость.
Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки. Высокая теплопроводность водорода используется для заполнения сфер гирокомпасов и стеклянных колб филаментных LED-лампочек.
Как определить водород
Водород в чистом виде на Земле редко встречается, но он очень распространен в составе соединений: содержится в воде, в растительных и животных организмах, в природных газах. В космосе же это самый распространенный элемент.
Для того чтобы определить водород, необходимо знать некоторые его свойства. Какие-то из них помогут справиться с поставленной задачей в короткий срок, а какие-то требуют нахождения в химической лаборатории. Необязательно использовать все методы, порой хватает одного или двух.Водород — самый легкий из всех газов. Например, может стоять задача — определить водород, имея в наличии несколько сосудов с неизвестными газами. В этом случае нужно обратить внимание на сосуд — водород должен находиться либо в перевернутом, либо в закрытом (возможно стеклом, которое можно отодвинуть для дальнейшего определения). Иначе водород улетучится. Запаха и цвета этот газ не имеет.
При поджигании водород горит несветящимся пламенем, при этом образуется вода. Хороший способ определения, но весьма опасный, т.к. смесь водорода и кислорода называют гремучим газом из-за ее способности взрываться. Хотя нужно отметить, что при низких температурах данная реакция не пойдет. Только при 300?C начинает образовываться небольшое количество воды, при 500?C происходит возгорание, а при 700?C — взрыв.
Если газ пропустить над накаленным оксидом меди, то медь восстановится — в результате получится красноватый металл. Для проведения этого опыта необходимо соблюдать правила безопасности и, желательно находится в соответствующих условиях (в лаборатории).
Также в определении водорода может помочь смена температур. При -240?C и под давлением он сжижается, при-252,8?C при нормальном атмосферном давлении — кипит. Если процесс кипения не останавливать, выпаривая жидкость, то водород примет вид твердых прозрачных кристаллов.
Есть еще один способ, при помощи которого водород можно определить даже в различных смесях — это хроматографический способ определения (хроматография — это физико-химический метод разделения веществ путем распределения компонентов между двумя фазами). Существенный минус данного метода заключается в том, что не у каждого человека есть доступ к соответствующим приборам в лаборатории и квалификация для работы с ними. Но способ этот очень точный.
Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Впервые водород получил Парацельс, погружая железные опилки в серную кислоту в XVI веке.
Прямо указывал на выделение водорода и Михаил Ломоносов, но он уже понимал, что это не флогистон.
Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Жаном Мёнье, используя специальные газометры, в 1783 году осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Так он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.
Распространение ионизированного водорода в межзвёздной среде в различных частях нашей Галактики. Изображение в диапазоне H-альфа
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.
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.
Источник этой широко растиражированной ошибки в том, что взрывоопасность исследовалась в лабораториях на малых объёмах. Поскольку реакция водорода с кислородом — это цепная химическая реакция, которая проходит по свободнорадикальному механизму, «гибель» свободных радикалов на стенках (или, скажем, поверхности пылинок) критична для продолжения цепочки. В случаях, когда возможно создание «пограничных» концентраций в больших объёмах (помещения, ангары, цеха), следует иметь в виду, что реально взрывоопасная концентрация может отличаться от 4 % как в большую, так и в меньшую стороны.
Доля диссоциировавших молекул водорода при атмосферном давлении в зависимости от температуры
Молекулы водорода достаточно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:
Поэтому окислительная способность водорода проявляется в реакциях с активными металлами, как правило, при повышенных температуре и давлении. 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:
, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,
, 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
Оксиды металлов (как правило, d-элементов) восстанавливаются до металлов:
Гидрирование органических соединений
Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы называют 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.
Эмиссионный спектр излучения атомов водорода на фоне сплошного спектра в видимой области
Эмиссионный спектр атомов водорода. Четыре видимые глазом спектральные линии серии Бальмера
Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9⋅106, малорастворим в воде — 18,8 при н.у. Растворимость водорода в воде возрастает с увеличением давления и снижается с увеличением температуры.
Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H2 на 1 объём 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) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8). Критические параметры водорода: температура −240,2 °C, давление 12,8, критическая плотность 0,0312 и критический объём 66,95—68,9 (0,033). Указанными значениями критических параметров объясняются трудности при ожижении водорода.
Твёрдый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см³ (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексагональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки = 0,378 и = 0,6167.
Спиновые изомеры молекулярного водорода
Равновесная мольная концентрация параводорода в смеси в зависимости от температуры
Молекулярный водород существует в двух спиновых формах (модификациях): ортоводород и параводород.
Модификации немного различаются по физическим свойствам, оптическим спектрам, также по характеристикам рассеивания нейтронов. В молекуле ортоводорода (т. пл. т. кип. спины ядер параллельны, а у параводорода (т. пл. т. кип. — противоположны друг другу (антипараллельны). Равновесная смесь и при заданной температуре называется равновесный водород
В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и воды.
Термодинамическое состояние насыщенного пара водорода с различным изотопным составом
Наиболее известны три изотопа водорода: протий 1H (атомное ядро — протон), дейтерий 2Н (ядро состоит из одного протона и одного нейтрона) и тритий 3Н (ядро состоит из одного протона и двух нейтронов). Эти изотопы имеют собственные химические символы: протий — H, дейтерий — D, тритий — T.
Природный молекулярный водород состоит из молекул H2 и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание в нём молекул из чистого дейтерия D2 ещё меньше, отношение концентраций HD и D2 составляет примерно 6400:1.
Молекулы чистых протия, дейтерия и трития могут существовать в двух аллотропных модификациях (отличающихся взаимной ориентацией спинов ядер) — орто- и параводород: o-D2, p-D2, o-T2, p-T2. Молекулы водорода с другим изотопным составом (HD, HT, DT) не имеют орто- и парамодификаций.
В круглых скобках приведено среднеквадратическое отклонение значения в единицах последнего разряда соответствующего числа.
Свойства ядра 1H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.