Водород (знак H) считается самым легким из всех известных газов. Он имеет молекулярное состояние и низкую химическую активность. Несмотря на свою стабильность, он образует множество связей и присутствует во многих различных соединениях. Практически все металлы и неметаллы реагируют с ним при высоких температурах. Например, газообразный водород и закись железа вступают в реакцию с образованием металлического железа и воды.
Реакции водорода с металлами
Взаимодействие водорода с металлами не такое простое, как это может показаться на первый взгляд. Важно указать, что он реагирует исключительно со щелочными и щелочноземельными металлами. К ним относятся:
- литий;
- натрий;
- калий;
- рубидий;
- франций;
- цезий и др.
При взаимодействии с элементами из активной группы Н зачастую понижает свою степень окисления, т.е. проявляет окислительные свойства. При этом приводит к образованию гибридов, имеющих ионное строение. Исключительно при реакции с активными металлическими элементами Н является окислителем. Во всех остальных случаях он – восстановитель.
Отличительные характеристики взаимодействия
Взаимодействие металлов с водородом объясняется уникальными свойствами и характеристиками этого вещества. Реакция начинает происходить при таких условиях, как облучение, значительное повышение температуры или при наличии катализаторов. Как уже упоминалось выше, конечный результат предусматривает собой образование гибридов. Это хорошо прослеживается в реакции с литием: 2Li+2H2=2LiH.
Еще одна особенность H заключается в том, что элемент начинает восстанавливать оксиды многих металлических элементов при повышении температуры и изменении других параметров. В результате этого образуется вода: CuO+H2=H2O+Cu. Но в этом случае Н уже является не окислителем, а восстановителем.
Металл плюс водород – вполне возможная схема, которая будет протекать при соблюдении всех необходимых условий, контролируемых специалистами. Если поверхности металлов не взаимодействуют с Н с образованием стабильных гибридов, канализуют рекомбинацию атомов водорода с образованием молекул Н, и, таким образом, нагреваются до своего предела за счет той самой энергии, которая выделяется во время реакций. Таким образом, почти все металлы и неметаллы реагируют с водородом при высоких температурах.
А вот при повышенной температуре и давлении Н восстанавливает оксиды большинства металлов, и многие соли до неметаллов. Одним из примеров считается реакция газообразного водорода и железа, в результате которой получается вода и металлическое железо.
Растворимость Н в металлах
Говоря о растворимости водорода в металлах, важно указать, что она происходит на хорошем уровне. Лучше всего это происходит в таком элементе как палладий. Такое свойство дает возможность рассматривать систему взаимодействия металла с водородом для хранения и транспортировки последнего вещества.
Металлы обеспечивают область взаимодействия, в которой атомы Н могут существовать и двигаться в определенном поле потенциальной энергии. Само поглощение Н в соединениях в значительной степени определяется энтальпией раствора, в частности, его знаком, который указывает, является ли поглощение экзотермическим или эндотермическим.
Принцип и система взаимодействия железа с водородом широко применяется в разных сферах деятельности благодаря уникальным свойствам:
- порошковая металлургия;
- тепловые насосы;
- атомные реакторы;
- разделение изотопов;
- создание водородных фильтров;
- замедление ядерных реакторов;
- изготовление устройств для диссоциации воды и др.
