1tom - 0214.htm
291
излучения (с длиной волны 1050 нм) происходит фото-хим. диссоциация В. Ионизирующие излучения вызывают радиолиз В. с образованием II2, перекиси водорода Н202 и свободных радикалов (Н*, ОН', НО^).
В. взаимодействует со мн. элементами и веществами. Так, при реакции В. с наиб, активными металлами выделяется водород и образуется соответствующая гидроокись. При реакции В. со мн. окислами образуются к-ты или основания. В.тидролизует гидриды и карбиды щелочных и щелочноземельных металлов и др. вещества.
Среди кристаллогидратов особый интерес представляют клатратные гидраты, в к-рых молекулы В., соединяясь водородными связями друг с другом, образуют тр╦хмерный каркас, содержащий крупные пустоты, в к-рых размещаются молекулы др. веществ (в т. ч. атомы инертных газов, молекулы углеводородов, С02, С12 и Др.)- Эти клатратные гидраты можно рассматривать как неустойчивые в свободном состоянии модификации льда, стабилизированные внедрившимися в пустоты химически малоактивными молекулами,
Лит.- X ор н Р., Морская химия, пер. с англ., М., 1972; Молекулярная физика и биофизика водных систем, в. 1 ≈ 4, Л., 11*73≈79; Ю х н е в и ч Г. В., Инфракрасная спектроскопия воды, М., 1973; Эйаенберг Д., К а у ц м а н В., Структура и свойства воды, пер. с англ., Л., 1975; С и н ю и о в Б. В., Структура одноатомных жидкостей, воды и водных растворов электролитов. Историко-химический анализ, М,, 197 ti; Маленков Г. Г., Структура воды, в сб.: Физическая химия. Современные проблемы, М., 1984; Water: a comprehensive treatise, fid. by F. Franks, [v. 1≈81, N.Y.≈L,, 1972≈79.
Г. Г. Маленков.
ВОДОРОД (лат. Hydrogenium, от греч. hydor ≈ вода и gennao ≈ рождаю), Н,≈ первый .элемент периодич. системы элементов, ат. номер 1, ат. масса 1,00794. В природе встречаются 3 изотопа: стабильные прогни 1Н (99,985%) и дейтерий D, или 2Н (0,015%), и (^-радиоактивный трития Т, или 3Н (в ничтожных кол-вах, Т^, = 12+43 года). Искусственно получен крайне неустойчивый 4Н. В земной коре на долю В. приходится 1% по массе {16 ат. %), атм. содержание В. менее 10~4%{по объ╦му), а во Вселенной В.≈ самый распростран╦нный элемент. Конфигурация электронной оболочки атома В. Is1, энергия ионизации 13,598 эВ. Коналентный радиус атома Н 0,028 нм, радиус иона Н~ 0,136 нм. Значение элсктроотрицательности 2,1.
Молекула В. двухатомна (Н2), межъядерное расстояние 0,084142 нм, энергия диссоциации высока и при О К составляет 432,07 кДж/моль, поэтому диссоциация Н2 становится заметной только при высоких темп-pax (степень диссоциации 0,0013 при 2000 °С и 0,95 при 5000 °С). В зависимости от взаимной ориентации ядерных спинов существуют 2 состояния молекулярного В.≈ орто-водород (параллельные спины) и пара-водород (антииараллельные спины), различающиеся по фия. свойствам и содержащиеся обычно в отношении 3 : 1. При понижении темп-ры содержание пара-водорода раст╦т и при О К составляет 100 %.
При обычных условиях В.≈ бесцветный газ, £пл ≈ = ≈259,19 °С, (ККТ1= ≈ 252,77 °С, плотность газообразного В. (при нормальных условиях) 0,08988 кг/м3, жидкого (23,1 К) 67,2 кг/м3, тв╦рдого (13 К) 76 кг/м3; крн-тич. темп-ра ≈240 °С, давление 1.296 МП а (12,8 атм), плотность 31,2 к/гм3. Вязкость (15 °С, 101,33 кПа) 8,7 мкПа-с. Из всех газов В. обладает наивысшей теплопроводностью ≈ 0,168 Вт/(м-К) (при нормальных условиях). Уд. теплоемкости (0≈200 °С): ср≈14,21 кДж/ (кг ∙ К), су^= 10,12 кДж/ (кг ∙ К). Теплота плавления 58,2 кДж/кг, теплота кипения 450 кДж/кг. В воде В. мало растворим (0,0182 мл/г при 20° и 101,33 кПа), хорошо растворим в палладии (до 850 объ╦мов В. на 1 объ╦м Pd), никеле, платине и др. металлах; диффундирует через мн. металлы, в частности через сталь,
При комнатной теми-ре и давлении 5,7 ГПа В. образует молекулярный кристалл. При дальнейшем повышении давления прочность связи в молекулах Н2 ослабевает и при сверхвысоких давлениях водород станет
одноатомным кристаллом, к-рый должен обладать металлич. свойствами. Имеются сообщения о переходе тв╦рдого В. при низких темп-pax (ок. 4 К) и сверхвысоких давлениях в металлич. состояние.
В хим. соединениях проявляет степени окисления + 1 и реже ≈1. При обычных условиях химически малоактивен, но при нагревании способен реагировать со мн. веществами. Важное значение имеет реакция Н2 с оксидом углерода (II) СО, при к-рой в зависимости от темп-ры, давления и катализатора получаются разл. органич, соединения, В. широко применяется в хим. синтезах, используется при заполнении шаров-зондов и т, п., при сварке и резке металлов. Дейтерию и тритию отводят важную роль в осуществлении управляемого термоядерного синтеза. с. С. Бердопосов.
ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ ≈ тип связи между атомами, промежуточный между валентным и невалентным межатомным взаимодействием. В. с. может образоваться при наличии атома Н между двумя эл.-отрицат, атомами ≈ F, N или О, прич╦м с одним из этих двух атомов атом водорода связан ковалентной связью.
Природа В. с. состоит в том, что электронная плотность на линии связи О≈Н (N≈Н и т. д.) смещается к более эл.-отрицат. атому О (N и т. д.). Прл этом протон водорода «оголяется», что способствует сближению эл.-отрицат. атомов соседних молекул. В результате расстояния С). . .0 и N.. .0 в В, с. О≈Н. . .0 и N ≈ Н. . , О оказываются примерно равными сумме ван-дер-ваалъсовых атомных радиусов, т. е. эл.-отрицат. атомы в кристаллах сближаются так, как будто бы атома водорода между ними нет.
Энергия В. с. на 1≈1,5 порядка меньше энергии хим. связи и на 2≈3 порядка больше энергии невалентного ван-дер-ваальсова взаимодействия. Наиб, сильную В. с. образуют между собой молекулы HF, к-рые способны соединяться в полимерные структуры H2F2, H3F3, H4F4, Н6РД и HfiFe (последняя особенно устойчива, поскольку янляется кольцеобразной и, следовательно, стабилизирована дополнительной В. с.). Весьма сильные В. с. (с энергией ~30 кДж/моль каждая) стабилизируют димер муравьиной к-ты
§
о. О
устойчивый даже в парообразном состоянии. В жид-кок и тв╦рдой воде энергия В. с. составляет ~20 кДж/моль. Примерно такой же энергией характеризуются В. с. N≈Н, . ,0 и О≈Н. . . О во мн. биологически важных молекулах ≈ белках, нуклеиновых к-тах, углеводах и пр.
Наличием В. с. обусловлено своеобразие структуры и физ, свойств воды и водных растворов. Кристаллич. структура льда, существующая при обычных условиях, представляет собой ажурную сетку В. с., в к-рой имеется большое кол-во пустот. При плавлении льда оти пустоты частично заполняются молекулами воды, и потому плотность воды выше плотности льда.
В. с. могут быть по только межмолекулярными (как в рассмотренных выше примерах), по и внутримолекулярными. Внутримолекулярные В. с. являются одним из осн. факторов, стабилизирующих глобулярную структуру молекул белков, к-рая определяет функционирование белков в живых клетках; они же в значительной степени влияют на свойства древесины и бумаги, построенных из волокон целлюлозы, и отвечают за уникальную структуру молекул нуклеиновых к-т.
Лит. см. при ст. Межатомное взаимодействие.
В. Г. Дашевский. ВОДОРОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР ≈ квантовый генератор
высокостабильных ал.-магн. колебаний, работа к-рого основана на вынужденном испускании фотонов атомами водорода. В. г. служит частотным репером активных 297 квантовых стандартов частоты. В В. г. используют
")
}
