Гідроген

Місце  Гідрогену у періодичній системі. Будова атома.

Гідроген — перший елемент періодичної системи хімічних елементів.

Особливості будови атому Гідрогену

  • складається з ядра, що має один протон, і  одного електрона, який знаходиться на 1s орбіталі (відео 1);
  • не  має внутрішніх електронів;
  • має найменший радіус серед усіх елементів (його ковалентний радіус — 0,03 нм).

Його електронна формула — 1s1,

графічно-електронна формула — ,

електронегативність Гідрогену за Полінгом — 2,1,

у сполуках Гідроген якнайчастіше проявляє ступінь окиснення +1, рідше -1.

Гідроген не має повної аналогії з іншими хімічними елементами і тому його умовно відносять і до І-А і до VII-А груп.

Відео 1. Модель атому Гідрогену.

Гідроген відносять до І-А групи, тому що як і лужні елементи його атом здатний віддавати свій  єдиний електрон і перетворюватися в позитивно заряджений катіон:

Н°-1ē →Н+.

Але Гідроген сильно відрізняється від лужних елементів, які мають низьку енергію іонізації, легко втрачають електрон і набувають стійкої конфігурації інертного газу. Видалення електрона з атому Гідрогену супроводжується поглинанням великої кількості енергії про що свідчить його енергія іонізації (таблиця 1). Катіон Гідрогену, що утворюється при цьому, це протон, радіус якого менший за радіуси всіх інших катіонів, тому він має велику поляризуючу здатність, і всі сполуки Гідрогену, навіть з елементами, що мають дуже велику електронегативність: Флуором (НF), Оксигеном (Н2О) і Нітрогеном (NH3), є речовинами з полярним ковалентним зв’язком (Н2О, НF, NH3).

Таблиця 1. Енергія іонізації Гідрогену, Літію і Натрію.

Елемент Енергія іонізації, кДж/моль
Гідроген 1311
Літій 520
Натрій 500

Атоми Гідрогену здатні не тільки віддавати, а й приєднувати електрон, перетворюючись при цьому  в аніон Н, який має електронну конфігурацію благородного газу гелію

Н°+ē→Н.

У вигляді аніонів Гідроген знаходиться у сполуках з металами, що називаються гідридами, наприклад, NaH, СаН2 тощо.

Ця властивість Гідрогену схожа на властивість галогенів приєднувати електрони, набуваючи при цьому конфігурацію благородних газів, тому Гідроген  розмішають ще і в VІІ-А групі разом з галогенами.

Але Гідроген не є р-елементом, а його властивості помітно відрізняються від властивостей галогенів: його спорідненість до електрона набагато менша ніж у Флуору і Хлору (таблиця 2), активність водню в реакціях з металами менша ніж у галогенів.

Таблиця 2. Спорідненість до електрона Гідрогену, Флуору і Хлору.

Елемент Спорідненість до електрону, кДж/моль
Гідроген — 72
Флуор — 332
Хлор — 364

Отже, Гідроген має деякі спільні властивості з лужними елементами і галогенами, але правильно передбачити всі його властивості за аналогією з властивостями цих елементів не можливо, тому  Гідроген — це особливий елемент, який не має повних аналогів.

Ізотопи Гідрогену

Гідроген має три природні ізотопи: Протій 1Н, Дейтерій 2Н (D) і Тритій 3Н (T). На частку Протію припадає 99,985-99,985%, Дейтерію — 0,014-0,015%. припадають на частку дейтерію. Тритій —  β-радіоактивен з періодом напіврозпаду 12,26 року

3Н = 3Не + ē

і тому зустрічається лише у вигляді слідів.

Поширеність Гідрогену у природі

Гідроген — найбільш поширений елемент в космосі. Зірки, у тому числі і Сонце,  міжзоряне середовище, туманності, великі планети (наприклад, Юпітер і Сатурн) на 63% (за масою) складаються з Гідрогену. 36% припадає на Гелій та 1% — на всі інші елементи.

У надрах зірок відбуваються термоядерні реакції за участю Гідрогену, які є джерелом енергії, що випромінюється зірками в космічний простір.

Гідроген  один з найпоширеніших елементів на Землі: другий (після Оксигену) за атомною часткою у земній корі, що складає 17 %,  та  дев’ятий за масовою часткою, яка становить близько 1%.

У вільному стані на Землі водень зустрічається рідко — міститься в нафтових і горючих газах та у верхніх шарах атмосфери. (Відео 2)

Основна частина Гідрогену знаходиться в вигляді хімічних сполук з іншими елементами: води, мінерали, нафта, природний газ.  Гідроген складає біля 10 % маси живих організмів.

 

Відео 2. Поширеність Гідрогену у природі.

 

ВИСНОВКИ

Гідроген — елемент з порядковим номером 1.
Його прийнято розміщувати і в І-А і в VII-А  групах.
Як і атоми лужних елементів атом Гідрогену може віддавати 1 електрон (окиснюватися) і перетворюватися на катіон Н+.
Як і атоми галогенів, атом Гідрогену може приєднувати 1 електрон (відновлюватися) і перетворюватися на гідрид-аніон Н.

Питання для закріплення знань.

1. Чому Гідроген розміщують і І-А і в VII-А групах періодичної системи?

2. Порівняйте властивості Гідрогену, лужних елементів та галогенів, доведіть унікальність властивостей Гідрогену.

3. Покажіть зв’язок властивостей Гідрогену з його електронною будовою.

4. Які ступені окиснення характерні для Гідрогену в його сполуках? Чи може Гідроген бути двовалентний? Наведіть приклади.

5. Як називаються ізотопи Гідрогену? Які їх нуклонні числа?