§ 18. Водород — химический элемент и простое вещество

Исследуем вместе

Равные объёмы — разные массы

Переключай газ. Высота столбика показывает относительную массу равного объёма при одинаковых условиях.

Сравниваются равные объёмы при одинаковых температуре и давлении; масса сосуда не включена.

Водород как химический элемент

Водород обозначают символом H, который читают «аш». Его округлённая относительная атомная масса равна 1 — это самый лёгкий химический элемент. Атомы H входят в воду, природный газ, многие органические соединения и вещества живых организмов.

Элемент водород распространён во Вселенной и присутствует в звёздах. На Земле значительная его часть связана в соединениях. Наличие H в воде не означает, что в ней находятся готовые молекулы горючего газа: элемент и простое вещество нужно различать.

Признак / объект	Что означает	Пояснение
H	Атом или химический элемент	Aᵣ(H) ≈ 1
H в воде	Часть молекулы H₂O	Химически связан с кислородом
H₂	Простое вещество водород	Газ из двухатомных молекул

Водород — самый лёгкий химический элемент. В природе он часто входит в состав сложных веществ.

Молекула простого вещества

Простое вещество водород имеет формулу H₂: два атома H соединены в одну молекулу. Его относительная молекулярная масса Mᵣ(H₂) = 2 · 1 = 2. Это в 16 раз меньше, чем Mᵣ(O₂) = 32.

Название элемента и простого вещества совпадает, но обозначения и смысл различаются. В выражении «водород горит» имеется в виду H₂; в выражении «в состав воды входит водород» — элемент H. Коэффициент 3 в 3H₂ обозначает три молекулы и шесть атомов.

Атом

H, Aᵣ ≈ 1

Молекула

H₂, Mᵣ ≈ 2

Три молекулы

3H₂ → 6 атомов H

Молекула водорода состоит из двух атомов H. Формула H₂ и символ H не являются взаимозаменяемыми.

Модель молекулы водорода H₂
Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.
Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Почему водород так легко поднимается

При обычных условиях H₂ — бесцветный газ без запаха, мало растворимый в воде. Он значительно легче воздуха. Для равных объёмов газов при одинаковых температуре и давлении плотности приблизительно пропорциональны относительным молекулярным массам.

Средняя относительная молекулярная масса воздуха около 29, поэтому водород примерно в 14,5 раза легче воздуха. Это объясняет подъёмную силу наполненного им оболочечного объёма. Однако сам газ горюч, поэтому его лёгкость нельзя рассматривать отдельно от химических свойств.

Водород H₂

Условная масса равного объёма

Воздух

При тех же температуре и давлении

Кислород O₂

При тех же температуре и давлении

Малая плотность водорода связана с малой массой его молекул. Сравнение объёмов справедливо при одинаковых внешних условиях.

Как свойства определяют собирание

Водород можно собирать над водой, поскольку он мало растворим в ней. При вытеснении воздуха приёмник располагают отверстием вниз: лёгкий газ поднимается и занимает его верхнюю часть. Затем газ удерживают в закрытой ёмкости.

Генри Кавендиш исследовал свойства водорода в XVIII веке; название элемента связано с образованием воды при его реакции с кислородом. Низкая плотность объясняет способ собирания, а горючесть — требования к обращению. В учебном опыте нельзя проверять неизвестную смесь поджиганием без лабораторной инструкции.

Растворимость

Малая растворимость позволяет собирать H₂ вытеснением воды.

Плотность

Газ легче воздуха, поэтому при вытеснении воздуха сосуд переворачивают.

Способ собирания H₂ выбирают по его растворимости и плотности. Химические свойства учитывают отдельно от удобства получения газа.

Соберём главное

Шесть выводов

01Водород — самый лёгкий химический элемент. В природе он часто входит в состав сложных веществ.

02Молекула водорода состоит из двух атомов H. Формула H₂ и символ H не являются взаимозаменяемыми.

03Малая плотность водорода связана с малой массой его молекул. Сравнение объёмов справедливо при одинаковых внешних условиях.

04Способ собирания H₂ выбирают по его растворимости и плотности. Химические свойства учитывают отдельно от удобства получения газа.

05Низкая плотность не означает отсутствие массы. Равный объём H₂ просто значительно легче воздуха при тех же условиях.

06Горючесть водорода — химическое свойство. Её учитывают вместе с физическими свойствами при выборе применения.

Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5

1. Какой символ имеет водород?

ONHHe

2. Какова округлённая Aᵣ(H)?

216321

3. Какова формула простого вещества водорода?

H₂H₂OHClHe

4. Какова Mᵣ(H₂)?

162118

5. Почему H₂ легче воздуха при одинаковых условиях?

Воздух всегда жидкийУ H₂ нет атомовЕго молекулы имеют намного меньшую массуЕго молекулы не имеют массы

6. Во сколько раз воздух примерно тяжелее H₂ при равных объёмах?

В 2 разаВ 29 разВ 58 разВ 14,5 раза

7. Как располагают сосуд для сбора H₂ вытеснением воздуха?

Отверстием внизОтверстием вверхТолько бокомПоложение не связано с плотностью

8. Почему водород можно собирать над водой?

Он полностью растворяетсяОн мало растворим в водеОн превращает всю воду в кислородОн тяжелее любой жидкости

9. Сколько атомов H в 3H₂?

2963

10. Что означает присутствие H в воде?

В каждой молекуле есть пузырёк H₂Вода состоит из чистого H₂Вода является простым веществомВодород входит в соединение как элемент

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 7 класс», § 18. Материал переработан для объяснения; источник: 7 класс. Химия — § 18. Водород — химический элемент и простое.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах