Доц. д-р Димитър ПОПОВ
На малцина е известно, че над 240 години след неговото откриване и над 150 години след съставянето на Периодичната таблица все още не е окончателно решен въпросът с мястото на най-лекия химичен елемент – водорода, в нея...Свое място имат всички химични елементи, дори неоткритите, но той,
ВОДОРОДЪТ , все още няма нотариален акт за своя собствена квартира...
Според някои свойства той е сходен с алкалните метали, т.е. мястото му е над лития в първа главна група на Периодичната таблица. В електронния си слой, подобно на алкалните метали, има един електрон, проявява редукционни свойства и в огромната част от съединенията си участва със степен на окисление +1. От друга страна за запълване на последния му (при него - единствен) електронен слой, подобно на халогенните елементи, му е нужен един електрон. При нормални условия той е газ, подобно на тях е под формата на двуатомна молекула, а в образуваните съединения с металите (хидридите) той е със степен на окисление -1, както...халогенните елементи в халогенидите. А може би мястото му е в групата на халогените, над флуора?...
Според някои сведения водородът е открит в Китай. В Европа за първи път е получен от Филип фон Хохенхайм (по-известен като Парацелз) при взаимодействие на желязо с разредена сярна киселина. Той обаче не изолирал отделящия се газ и не изследвал свойствата му. Подобни наблюдения били описани през 1671 година от ирландския химик Робърт Бойл, от французина Никола Лемери и др. През 1766 година англичанинът лорд Хенри Кевендиш установил, че при изгарянето на „горящия въздух” се образува...вода – чиста вода, без каквито и да е примеси. През 1787 година французинът Антоан Лоран дьо Лавоазие изказва предположението, че ”горящият въздух” всъщност е нов химичен елемент, който той нарекъл хидроген (hydrogеne) - от старогръцките думи ?δωρ (вода) и γενν?ν (раждам). Българското название – водород, е дословен превод на оригиналното название. Предвид на това, че водородът е около 14,5 пъти по-лек от въздуха, Хенри Кевендиш предложил с него да се пълнят балони, които могат да се използват като въздухоплавателно средство. В началото на XIX век френският химик Луи Жозеф Гей-Люсак осъществил няколко полета с такъв балон, като на 16 септември 1804 година достигнал 7016 м височина!
През 1800 година английските химици Уилям Никълсън и Антъни Карлайсл получават водород чрез електролиза на водата. През 1878 година чрез изследване на слънчевия спектър е установено наличието на водород на Слънцето.
През 1931 година американският физик Харолд Юри и учениците му Мърфи и Брикведе откриват деутерия (от лат. deuterium, от гръц. δε?τερος – втори) – изотоп на водорода, в чието ядро, освен протон, има и един неутрон. През 1934 година за забележителното откритие на Юри е присъдена Нобелова награда. Любопитен факт е, че ученият пропуска тържествената церемония по връчването на отличието, за да присъства на... раждането на своята дъщеря Мери Елис. Няколко години по-късно е открит още един изотоп на водорода – тритий (гъц. τρ?τος - трети), в чието ядро има един протон и два неутрона. Предвид наличието само на един протон в ядрото на водорода, той е наречен протий (древ. гръц. πρωτε?ς – първи). Протият съставлява 99,98% от водорода в природата. Един атом деутерий се пада на около 6800 атома протий. Съдържанието на трития, който е неустойчив и радиоактивен, е нищожно – един негов атом се пада на 100 000 000 000 000 000 атома протий.
Т.нар.
тежка вода – D2O,
е открита в природната вода през 1932 година от Харолд Юри. Тя забавя биологичните процеси и потиска жизнената дейност на живите организми. Едно от най-значимите й приложения е в ядрените електроцентрали – в качеството на забавител на бързите електрони, в резултат на което става възможно деленето на изотопа U-235 на урана. Природната вода винаги съдържа незначително количество „тежка” вода – под 0,02%, но нейното количество на цялата планета може да запълни басейн с размерите на Черно море! Поради способността на деутерия да заменя протия в неговите съединения, „тежката” вода се използва за внасянето му с цел изясняване на механизмите на чисто химични, както и на биохимични процеси в живите организми. Този подход, свързан с т.нар. „белязан” водород, се използва изключително широко в различни области на науката.
Особено големи надежди за решаване завинаги на енергийните потребности на човечеството се възлагат на управляемия термоядрен синтез. Известно е, че при сливането на две деутериеви ядра се отделя колосално количество енергия. За да се запали този термоядрен котел е нужна изключително висока, „звездна” температура. Всъщност, проблемът не е в това да се достигне тази температура, а да се удържат юздите на огнената плазма. Т.е. да се контролира процесът. Задача, която все още не е решена, въпреки невероятните усилия, които се полагат в много страни.
Значително по-лек е проблемът, свързан със създаването на т.нар.
водородна бомба,
при която не се налага удържане на термоядрения синтез, тъкмо обратно...Тази бомба е с многократно по-голяма разрушителна мощ от урановите бомби. В единият от вариантите водородната бомба се пълни със смес от течни деутерий и тритий, а във втория се използва смес от литиев деутерит и литиев тритит. В качеството на „запалка” служи уранова атомна бомба, която осигурява 10 милиона градуса Целзий за протичането на термоядрения синтез. Радиоактивното замърсяване от тази бомба е значително по-ниско в сравнение с урановата, поради което тя йезуитски беше наречена „чиста”. Само че докато в урановата бомба зарядът все пак е лимитиран от т.нар. критична маса, при водородната бомба той е на практика неограничен.
През 30-те години на миналия век британският учен Джон Бернал предположил, че бидейки аналог на алкалните метали по своя електронен строеж, при високо налягане водородът може да премине в стабилна при нормални условия „метална” форма. Няколко години по-късно Юджийн Вигнер и Хилард Бел със съответни разчети обосновали възможността за такъв преход, който би бил осъществим при 250 хиляди атмосфери (25гПа). Нещо повече, те допуснали, че полученият метален водород ще притежава свойството свръхпроводимост, присъщо на металите при температури, близки до абсолютната нула. В света започва яростна надпревара за получаването на металния водород. Освен че с разрешаването на тази задача най-накрая ще реши въпросът с мястото на водорода в Периодичната система, връчвайки му нотариален акт за първа главна група, научната фантазия нарисувала и невероятно много
уникални приложения на металния водород
Например, осигуряване на неограничен и абсолютно екологично чист източник на енергия, гориво за ракетни и други двигатели и т.н. За успешни експерименти съобщават през последните години американски, френски и други екипи, но никой до сега не е показал образец на мечтания метален водород. В опитите са конструирани витиевати диамантени устройства (наковални), на които се упражнява налягане от милиони атмосфери. Светът тръпне в очакване на едно от най-значимите открития през последното столетие.
Водородът е в основата на т.нар. водороден показател (рН), с помощта на който се измерва киселинността и алкалността на водните разтвори. А във водна среда протичат почти всички най-важни реакции в живата и неживата природа. Този показател е предложен през 1909 година от датския химик Сьорен Сьоренсен. Изчислява се като отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията (в мол/л) на водородните йони в разтвора. Предложената от датчанина скала включва стойности на рН от 0 до 14. Тази величина има невероятно широко приложение в науката – в химията, биологията, медицината и т.н. По безспорен начин е установено, че всички биохимични процеси в живите организми протичат при определена киселинност (рН) на средата и отклоняването от тази стойност е гибелно за тях. Киселинно-основните процеси, т.е. тези, протичащи с участието на водородните катиони, имат фундаментално значение за жизнената дейност на човека и останалите живи организми. Водородът е съставна част на огромен брой молекули, които изграждат човешкия организъм, както и организмите на всички живи същества на планетата. Според израелски експерти диапазонът от рН-стойности, в който коронавирусът „оперира” е 5,5-8,5. Т.е. всички храни, които имат стойност на рН над горната граница, са полезни в борбата срещу него. Такива силно „алкални” храни са лимоните, портокалите, мандарините, мангото, авокадото, ананасът, чесънът, глухарчето и т.н.
Водородът съставлява 76% от масата на Вселената. Останалите около 24% - хелият, а за всички останали елементи остават около 0,0000001%. Основното гориво в термоядрения котел на Слънцето представлява пак той, водородът. Всяка секунда в огнедишащите недра на нашето светило във взаимодействие влизат милиони тонове водород. Учените са пресметнали, че енергийните запаси на Слънцето ще стигнат за 30 милиарда години, след което то просто ще угасне.
Едва ли някой може да отговори на въпроса кой, как и защо е избрал толкова невероятно важни функции за най-лекия химичен елемент, но безспорен факт е, че без него е немислимо съществуването както на живата материя, така и на Слънцето, а и на цялата безкрайна Вселена.
