"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Водород — химический элемент, атом которого обозначают символом H. Простое вещество водород состоит из бесцветных молекул H₂ и является самым лёгким газом. При горении он соединяется с кислородом, образуя воду. Водород применяют в технике и промышленности, но обращаться с ним нужно осторожно: его нельзя увидеть или почувствовать по запаху, а смесь с воздухом может загореться или взорваться.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водород — химический элемент с символом H. Символ обозначает вид атомов, а не частицу газа водорода. Благодаря этому обозначению можно указывать, какие атомы входят в состав разных веществ.
Молекула водорода — частица простого вещества, состоящая из двух атомов. Её формула — H₂, а маленькая цифра 2 показывает число атомов в молекуле. Это помогает отличать целую молекулу от одного атома водорода.
Простое вещество водород — бесцветный газ, молекулы которого состоят только из атомов водорода. Слово «простое» означает, что в веществе есть атомы одного химического элемента. Такое название нужно, чтобы не путать газ H₂ с водородом, входящим в состав воды.
Химическая реакция — превращение веществ, при котором одни вещества становятся другими. При горении водород соединяется с кислородом и образует воду. Понятие реакции помогает описать не только исходные вещества, но и то, что получается в результате.
В ядре атома водорода находится один протон, а вокруг ядра — один электрон. Протон имеет положительный заряд, электрон — отрицательный, поэтому атом в целом нейтрален. Число протонов определяет, к какому химическому элементу относится атом. У водорода оно равно единице, поэтому для обозначения элемента используют символ H.
Атомы водорода соединяются попарно, образуя молекулу H₂. В таком соединении двум атомам устойчивее существовать вместе, чем по отдельности. Поэтому обычное простое вещество водород состоит не из отдельных атомов, а из двухатомных молекул. Цифра в формуле нужна, чтобы сразу увидеть состав одной молекулы.
Водород называют самым лёгким газом: его молекулы намного легче молекул большинства газов. Поэтому в воздухе водород поднимается вверх. Там он смешивается с окружающим воздухом и постепенно рассеивается. Это свойство объясняет, почему газ может быстро перемещаться и почему при утечке нужно учитывать движение воздуха.
У водорода нет цвета и запаха, так что его нельзя заметить по виду или почувствовать по запаху. Это затрудняет обнаружение утечки без специальных средств. Нельзя считать, что незаметный газ безопасен: его смесь с воздухом может загореться или взорваться. Поэтому водород хранят и используют с соблюдением мер предосторожности.
При горении водород соединяется с кислородом, и образуется вода. Словами это можно записать так: водород + кислород → вода. Уравнение реакции выглядит так: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Коэффициенты показывают, сколько молекул участвует в реакции: две молекулы водорода и одна молекула кислорода дают две молекулы воды.
В таблице собраны сведения о водороде: отдельно об элементе и о простом веществе. Сначала определите, что именно описывает строка: атомы, молекулы или свойства газа. Так будет легче не перепутать символ H с формулой H₂.
| Что рассматриваем | Описание |
|---|---|
| Химический элемент: символ и строение атома | Символ H; в атоме один протон в ядре и один электрон. |
| Простое вещество: состав молекулы и формула | Два атома водорода в молекуле; формула H₂. |
| Цвет и запах | Газ бесцветный и не имеет запаха. |
| Плотность по сравнению с воздухом | Водород намного легче воздуха, поэтому поднимается вверх. |
| Горение и продукт реакции с кислородом | Водород соединяется с кислородом; образуется вода H₂O. |
| Применение и меры осторожности | Используется в технике и промышленности; газ и его смеси с воздухом пожаро- и взрывоопасны. |
Задача 1. Укажите, где говорится о химическом элементе, а где — о простом веществе: «Вода содержит водород»; «Водород — бесцветный газ». Сначала найдём слова, описывающие состав другого вещества, а затем — признаки самого газа. Это поможет понять, какое значение имеет слово «водород» в каждом предложении.
Ответ: в первом предложении говорится о химическом элементе, во втором — о простом веществе.
Задача 2. Запишите формулу молекулы водорода и объясните, что означает цифра 2 в H₂. Нужно вспомнить, сколько атомов входит в обычную молекулу этого газа. Нижний индекс относится к символу H и показывает количество атомов в одной молекуле.
Ответ: формула — H₂, цифра 2 означает, что в одной молекуле два атома водорода.
Задача 3. При горении водорода образовалось 4 молекулы воды. Сколько молекул водорода и кислорода вступило в реакцию согласно уравнению 2H₂ + O₂ → 2H₂O? Уравнение показывает соотношение молекул для каждой реакции. Сравним число получившихся молекул с коэффициентом перед H₂O и затем увеличим все количества одинаково.
Ответ: вступили в реакцию 4 молекулы водорода и 2 молекулы кислорода. Проверка по атомам: с обеих сторон уравнения 8 атомов водорода и 4 атома кислорода.
Ошибка — считать H и H₂ одним и тем же. Её допускают, потому что в обоих обозначениях есть буква H. Но H обозначает элемент или один атом, а H₂ — молекулу простого вещества; проверьте, есть ли возле символа нижний индекс 2.
Ошибка — думать, что молекула водорода состоит из одного атома. Иногда букву H принимают за формулу всего газа. В обычных условиях молекула простого вещества двухатомная, поэтому правильная формула — H₂; проверить себя можно по числу атомов в молекуле.
Ошибка — считать бесцветный водород безопасным. Газ трудно заметить, и отсутствие видимых признаков может создать ложное чувство спокойствия. Однако смесь водорода с воздухом может загореться или взорваться; помните, что незаметность не означает безвредность.
Ошибка — записывать формулу воды как H₂O₂. Это происходит, если число атомов в формуле пытаются угадать или путают воду с другим веществом. В молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода, поэтому формула H₂O; сверьте индексы с составом молекулы.
Для изучения водорода нужно знать, что вещества состоят из атомов и молекул, а химические элементы имеют условные обозначения. Это помогает понять, почему H и H₂ означают разное. Если различать атом и молекулу, формулы становятся понятнее.
Формулы и уравнения реакций пригодятся при изучении кислорода, воды и других химических превращений. В уравнении можно увидеть, какие вещества вступают в реакцию и что образуется. Подсчёт атомов помогает проверить, правильно ли оно составлено.
Сведения о водороде связаны с темами топлива, горения и безопасного обращения с газами. Они объясняют, почему водород используют осторожно и почему нельзя полагаться только на зрение или обоняние. Эти знания полезны и при знакомстве с другими горючими газами.
Почему формула водорода — H₂, а не H?
В обычных условиях атомы водорода соединяются попарно. Поэтому молекула простого вещества содержит два атома, а цифра 2 в формуле H₂ показывает их количество.
Чем химический элемент водород отличается от газа водорода?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым строением ядра; его обозначают H. Газ водород — простое вещество из молекул H₂, каждая из которых состоит из двух таких атомов.
Почему водород поднимается вверх?
Водород намного легче воздуха, поэтому он поднимается в нём вверх. При этом газ быстро смешивается с окружающим воздухом и рассеивается.
Что образуется при горении водорода?
При горении водород соединяется с кислородом. Продукт этой реакции — вода, её формула H₂O.
Почему утечка водорода опасна, если его нельзя увидеть?
У водорода нет цвета и запаха, поэтому утечку нельзя заметить обычными чувствами. Смешавшись с воздухом, газ может образовать горючую или взрывоопасную смесь, поэтому при подозрении на утечку нельзя пользоваться огнём.
Водород
