1 H Водород 1.008
Неметалл s-block Period 1 Group 1

Водород

H · Element 1 · Alkali metals

The simplest atom there is — one proton, one electron — and about 90% of every atom in the universe.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C Газ
АТОМНАЯ МАССА 1.008 u
ELECTRON CONFIGURATION 1s¹
All 118 2He

Строение

Атом водород

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место водород занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 8.99e-5 g/cm³ 0%
Температура Плавления 14 K 1%
Температура Кипения 20.3 K 1%
Удельная теплоёмкость 14.304 J/g·K
Теплопроводность 0.18 W/m·K 11%

Атомные

Атомный Радиус 53 pm 3%
Ковалентный радиус 31 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 120 pm

Электронные

Электроотрицательность 2.2 78%
Энергия ионизации 1312.2 kJ/mol 94%
Сродство к Электрону 72.4 kJ/mol 57%

Распространённость

Распространённость в земной коре 1400 mg/kg 91%

Идентификационные

СимволH
Атомный номер1
Атомная масса1.008 u
КатегорияНеметалл
Блокs
Кристаллическая структурагексагональная
Степени окисления-1, +1
Открытие1766
ПервооткрывательHenry Cavendish

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a водород atom?

Radius 53 pm — that is 0.053 nm, so about 9434 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Водород is liquid over a 6 K window, from 14 K to 20 K.

Положение

Положение в таблице

Водород sits in period 1, group 1. Everything in group 1 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER НЕМЕТАЛЛЫ

6C 7N 8O 15P 16S 34Se
All неметаллы

История

Что такое водород и как его обнаружили

Основополагающий элемент Вселенной

Водород — самый простой и самый распространённый элемент во Вселенной, составляющий примерно 75% всей обычной материи. Содержащий всего один протон и один электрон, он служит фундаментальным строительным блоком, из которого в недрах звёзд образуются все остальные элементы.

Физические свойства

При стандартных условиях водород существует в виде бесцветного, не имеющего запаха и вкуса двухатомного газа (H₂). Это самый лёгкий элемент, его плотность в 14 раз меньше плотности воздуха, поэтому наполненные водородом воздушные шары быстро поднимаются. Элемент становится жидким при чрезвычайно низкой температуре -253°C (-423°F) и твёрдым при -259°C (-434°F).

Химические характеристики

Водород проявляет уникальные химические свойства, выступая в зависимости от условий реакции как восстановитель и окислитель. Он легко образует ковалентные связи с неметаллами и ионные соединения с активными металлами. Энергия связи H-H, равная 436 kJ/mol, делает H₂ относительно стабильным, поэтому для большинства реакций требуется энергия активации.

Изотопные разновидности

Протий (¹H): распространённость 99.985% — «обычный» водород без нейтронов

Дейтерий (²H или D): распространённость 0.015% — «тяжёлый водород» с одним нейтроном, используется в ядерном синтезе

Тритий (³H или T): следовые количества — радиоактивный, с двумя нейтронами, период полураспада 12.3 года

Применение

Для чего используется водород

Революционные промышленные применения

🚀 Космические и энергетические технологии

  • Ракетное топливо: жидкий водород используется в Space Launch System NASA и верхних ступенях SpaceX Starship, обеспечивая наибольший удельный импульс (эффективность) среди всех химических видов топлива
  • Топливные элементы: автомобили Toyota Mirai и Hyundai NEXO используют водородные топливные элементы, превращая H₂ + O₂ → H₂O + электричество без выбросов
  • Хранение зелёной энергии: избыток возобновляемой энергии используется для электролиза воды с целью получения водорода для последующей выработки электроэнергии

🏭 Химическое производство

  • Производство аммиака (процесс Габера): N₂ + 3H₂ → 2NH₃ при 450°C и давлении 200 атмосфер, ежегодно производится 175 миллионов тонн для удобрений
  • Синтез метанола: CO + 2H₂ → CH₃OH с использованием медно-цинковых катализаторов при 250°C, для производства пластмасс и топлива
  • Гидрирование: превращение ненасыщенных жиров в насыщенные при производстве маргарина и кулинарного жира с использованием никелевых катализаторов
  • Гидрокрекинг: расщепление тяжёлых нефтяных молекул на бензин и дизельное топливо с использованием водорода при 400°C и давлении более 100 атмосфер

🔬 Передовые технологии

  • Производство полупроводников: сверхчистый водород создаёт восстановительную атмосферу для производства кремниевых микросхем
  • Процесс изготовления флоат-стекла: водородно-азотная атмосфера предотвращает окисление при производстве оконного стекла
  • Обработка металлов: водород восстанавливает оксиды металлов до чистых металлов: CuO + H₂ → Cu + H₂O
  • Сварка: атомно-водородная сварка достигает 4000°C благодаря рекомбинации атомов H в точке сварки

Обращение

Безопасность

Подробная информация по безопасности

⚠️ Основные опасности

ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЙСЯ ГАЗ — ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ

  • Диапазон воспламенения: 4-75% в воздухе (самый широкий диапазон среди всех газов)
  • Температура самовоспламенения: 500°C (932°F)
  • Скорость распространения пламени: до 3.46 m/s — чрезвычайно быстрое горение
  • Невидимое пламя: на дневном свету водород горит почти невидимым бледно-голубым пламенем

🛡️ Предельные уровни воздействия OSHA

  • Установленные пределы воздействия отсутствуют — водород физиологически инертен
  • Риск удушья: концентрации >25% могут вытеснять кислород
  • Простой удушающий газ: опасен в замкнутых пространствах из-за вытеснения кислорода

🧤 Средства индивидуальной защиты

  • Защита глаз: защитные очки или лицевой щиток при работе с жидким водородом
  • Защита кожи: термоизолирующие перчатки для криогенного жидкого водорода
  • Защита органов дыхания: автономный дыхательный аппарат при концентрациях >10%
  • Одежда: свободная, чтобы предотвратить накопление статического электричества; синтетические материалы запрещены

📦 Требования к хранению

  • Хранение газа: стальные баллоны под давлением 150-200 bar
  • Хранение жидкости: двустенные вакуумно-изолированные сосуды Дьюара при -253°C
  • Размещение: хорошо проветриваемые помещения вдали от источников воспламенения
  • Заземление: всё оборудование должно быть заземлено для предотвращения статического разряда
  • Обнаружение: необходимы датчики водорода (каталитические или термокондуктометрические)

🚨 Аварийные процедуры

Утечка газа:

  • Немедленно эвакуируйте помещение — водород поднимается и скапливается у потолка
  • Устраните все источники воспламенения в радиусе 50 feet
  • Проветривайте помещение сверху вниз
  • Используйте только искробезопасные инструменты

Пожар:

  • НЕ тушите пламя водорода, если источник невозможно перекрыть
  • Охлаждайте расположенное рядом оборудование распылённой водой
  • Немедленно отойдите, если изменился звук из контейнера или его цвет

Воздействие криогенной жидкости:

  • Лечение обморожения: постепенно согревайте поражённый участок чуть тёплой водой
  • Не растирайте обмороженные участки
  • При тяжёлом воздействии немедленно обратитесь за медицинской помощью

Краткие ответы

Водород: часто задаваемые вопросы

What is Водород?

Водород (symbol H) is element 1 on the periodic table, a неметалл in period 1, group 1. The simplest atom there is — one proton, one electron — and about 90% of every atom in the universe. At room temperature it is a gas.

What is the electron configuration of Водород?

Водород's ground-state electron configuration is 1s¹, giving 1 occupied shell holding 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Водород?

Водород melts at 14 K (-259.1 °C) and boils at 20.3 K (-252.9 °C).

What is the atomic mass of Водород?

The standard atomic weight of Водород is 1.008 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Водород?

Водород is a gas at room temperature; its density is about 0.09 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly lighter than air.

What is the electronegativity of Водород?

Водород has a Pauling electronegativity of 2.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered Водород, and when?

Водород was discovered in 1766 by Henry Cavendish. It is named after greek hydro + genes, "water-former".

How common is Водород on Earth?

Водород makes up about 0.14% of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.

Далее → He Helium Element 2 · Noble gas