Молекулярный водород. 
Неорганическая химия

Водород — бесцветный газ без вкуса и запаха. Ввиду малой молекулярной массы это самый легкий, самый подвижный и самый теплопроводный из газов. Вследствие полной насыщенности связи Н—Н взаимодействие между молекулами Н₂ осуществляется только за счет слабых дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса. По этой причине водород имеет очень низкие температуры кипения: -253°С (20 К) и плавления -259°С (14 К).

Получение. В лабораторных условиях молекулярный водород чаще всего получают растворением металлического цинка в хлороводородной или разбавленной серной кислоте:

Иногда для этого используют взаимодействие алюминия с гидроксидом натрия или другими сильными основаниями:

В промышленности водород в больших количествах получают из природного газа, состоящего в основном из метана. При взаимодействии СН₄ с водяным паром при высокой температуре (~800°С) в присутствии катализатора идет реакция.

Необходимую для протекания этой реакции теплоту можно получить в результате сжигания части метана:

Чистый водород получают электролизом водного раствора гидроксида калия. При этом на катоде выделяется водород, а на аноде — кислород.

Химические свойства. Молекула водорода довольно прочна (энергия разрыва связи II—Н равна 436 кДж/моль). Этим объясняется небольшая реакционная способность молекулярного водорода. При обычных условиях он самопроизвольно взаимодействует только с фтором:

Реакции с другими неметаллами происходят либо при повышенных температурах, либо в присутствии катализаторов, либо при активировании реакционной смеси излучением. Например, при нагревании водород реагирует с хлором, бромом и иодом, образуя соответственно хлороводород НС1, бромоводород НВг и иодоводород HI. Протекающая обратимо реакция синтеза иодоводорода подробно рассмотрена в гл. 3 и 4. При высоких температурах водород взаимодействует также с кислородом, серой, селеном и теллуром с образованием соответственно воды Н₂0, сероводорода H₂S, ееленоводорода H₂Se и теллуроводорода Н₂Те. Реакция с кислородом протекает практически необратимо с выделением большого количества теплоты:

Газовая смесь, состоящая из двух объемов водорода и одного объема кислорода, взрывается при поджигании, поэтому ее называют гремучим газом. Безопасное сжигание водорода в кислороде, осуществляемое в сварочных горелках, используют для газовой сварки металлов. При 1200 °C начинается взаимодействие водорода с углеродом (графит), в результате которого образуется смесь углеводородов.

В присутствии катализатора при высоких температуре и давлении водород взаимодействует с азотом с образованием аммиака.

Эта реакция играет огромную роль в производстве азотных удобрений.

При слабом освещении водород даже без нагревания при комнатной температуре реагирует с хлором:

В темноте при комнатной температуре эта реакция не происходит, при сильном освещении она протекает мгновенно и сопровождается взрывом.

Молекулярный водород может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства:

однако преобладают у него свойства восстановителя. Водород служит восстановителем, в частности, в приведенных выше четырех реакциях с более электроотрицательными, чем водород, элементами. Он восстанавливает также многие металлы из их оксидов и галогенидов. В промышленности восстановлением из оксидов получают такие ценные металлы, как молибден Мо и вольфрам W:

В образующихся в результате этих реакций соединениях водород имеет степень окисления +1. Однако следует помнить, что все эти соединения ковалентные и эффективный заряд водорода в них намного меньше единицы.

Окислительные свойства водород проявляет только в реакциях с электроположительными металлами, в результате которых образуются ионные гидриды: