Водород (латински: hydrogenium, од грчки: hydro — 'вода', genes — 'создава') — наjлесниот хемиски елемент во периодниот систем. Карактеристичен е по тоа што во неговото атомско јадро нема неутрони.

Водородот е најраспостранет елемент во вселената. Тој го создава најголемиот дел од материјата на ѕвездите. На Земјата водородот го има како слободен и тоа во горните слоеви на нејзината атмосфера но најмногу го има сврзан во негови соединенија: во водата (H2O) сврзан со кислородот, потоа во киселините, во хидроксидите(бази) и др.

Водородот бил најпрво пронајден во 16 век, преку мешање на метали со киселини. Во 1766-91, Хенри Кевендиш бил првиот што открил дека водородот е дискретна субстанца, и се добива вода кога ќе се запали, а таа способност и го дала името „водород“.

Индустриското производство најчесто се добива преку претворање на пареа во природен гас, а поратко преку интензивни високоенергетски методи како електролиза на водата. Водородот најчесто се користи за добивање на амонијак на пазарот за ѓубрива. Водородот се користи и во металургијата.

Пронаоѓање Првите хемичари го мешале водородот со други гасови сè додека британскиот физичар и хемичар Хенри Кевендиш ги објаснил својствата на водородниот гас во средината на 18 век. Многу научници пред Кевендиш го создавале “запаливиот гас” со мешање на метали со киселини. Кевендиш го нарекол гасот „запаллив воздух” и го проучувал. Тој во 1766 г. демонстрирал дека сулфурната киселина реагирала со метали за да создаде „запаллив воздух”. Подоцна Кевендиш го палел својот „запаллив воздух” во регуларен воздух за да создаде вода. Многу историчари сметаат дека тој треба да се земе како пронаоѓач на водородниот гас, иако шкотскиот инженер Џејмс Ват пријавил дека и тој произвел вода отприлика во исто време со Кевендиш.

Изотопите деутериум и трициум се откриени во 20 век. Кратко после Првата светска војна (1914-1918), британскиот физичар Френсис В. Астон го измислил масниот спектрофотометар, направа која ги одделува атомите според нивните маси. Тој пронашол атоми со невообичаени маси, наречени изотопи. Ова довело до трага за постоење на деутериум. Во 1932 г. американскиот хемичар Харолд Ц. Јуреј и неговите соработници го одвоиле и откриле деутериумот. Јуреј предвидел дека вода создадена со деутериум ќе испарува многу поспоро отколку вода создадена со протиум и на овој начин било возможно да се оддели и изолира деутериумот. Научниците првпат создале трициум во 1935 г. со бомбардирање на деутериумот со јадро од друг деутериум. Научниците неодамна пронајдоа трициум во мали количини и во обичната вода. Трициумот се формира природно во некои атмосферски реакции.

Својства

Согорување мини|лево|280п|Експлозија на смеса од водород и воздух. Биконусен сад е претходно наполнет со водород. Водородот се пали и гори, а воздухот навлегува од долниот отвор на садот, образувајќи смеса воздух–водород којашто со текот на времето станува сè побогата со воздух. Како што составот на смесата се приближува кон критичниот, горењето станува нестабилно и создава звук со опаѓачка честота (поради осцилациите на смесата од гасови во садот). Штом критичниот состав е постигнат, експлозијата е неизбежна. Водородот е лесно запалив и гори во воздухот доколку е концентриран од 4% до 75%. Енталпијата на согорување на Водородот е −286 kJ/mol: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol) Водородот формира експлозивни смеси со воздухот ако е 4–74% концентрирани со Хлор ако е 5–95% концентриран. Смесите може да се запалат со искра, топлина или сончева светлина. Температурана на која водородот сам би се запалил изнесува is 500 °C (932 °F).Пламенот од чист Хидрооксид емитуваат ултравиолетова светлина и помешани со смеса од кислород се речи си невидливи за човековото око.За да се отркие излив на запален водород потребен е Детектор на пламен.

H2 реагира со секој оксид. Водородот реагира спонтано и бурно на собна температура со Хлор и Флуор додека не постигне форма на соодветните водородни халиди, Хлороводород и Флуороводород, кои исто така се опасни Киселини.

Нивоа на енергија на електроните

Основната состојба на ниво на енергија на електрон на водородниот атом е −13.6 eV, which is equivalent to an ultraviolet Photon of roughly 91 nm wavelength. што е еквивалентно на ултравиолетовиот Фотон грубо 91 nm бранова должина.

Нивоата на енергија на водородот може да се пресметаат прецизно со употреба на Боров модел на атомот, кој го концептуализира електронот како орбитира аналогно на тоа како земјата кружи околу сонцето. Електромагнетната сила привлекува електрони и протони, додека планетите и другите небесни тела се привлекуваат меѓу себе како резултат на гравитацијата. Поради дискретизација на Аголен момент постулиран во раната Квантна механика, електронот во Боровиот модел може опфати само одредени дистанци од протонот, и одредени енергии. мини|Hydrogen Spectrum Test По прецизен опис на водородниот атом, користејки ја квантната механика, ни дава Шредингеровата равека, Дираковата равенка, па дури и Фејмановиот Интеграл се користи за да се пресмета веројатната гстина на електронот околу протонот. Рамнотежата на сооднос меѓу ортоводород и параводород зависи од температурата, но порати орто формата има бурна фаза и повисока енергија од пара формата, таа е нестабилна и не може да се прочисти. На многу ниски температури, рамнотежата е воспоставена само од пара формата. Течната и гасовитата фаза имаат термални својства од чист параводород кој значително се разликуваат од тие во нормална форма поради разликите во ротациотните топлински капацитети. Орто/пара разликата исто така се појавува и во други молекули каде има водород или функционални групи на водород како што се вода и метилен, но со многу помала значајност од нивните термални својства.

Елементарни молекуларни форми

Постојат два различни исомери на спинот на водородот. Во ортоводородна форма, спинот на 2 протона е паралелер и формира тројна врска со молекуларен спин и квантен број 1 (1⁄2+1⁄2); во форма на параводород спиновите се антипаралелни и формираат единечна врска со молекуларен квантен број (1⁄2–1⁄2). На стандардна температура и стандарден притисок, водородот содржи околу 25 проценти пара и 75 проценти орто форма, позната како "нормална форма". Соодносот на рамнотежа на Ортоводороддо параводород зависи од ремпературата, но поради тоа што орто формата е во возбудена состојба и има поголема енергија од пара формата, таа е нестабилна и не може да биде прочистена. на многу ниски температури, рамнотежата е воспоставена само од пара формата. Разликата Орто/Пара исто така се појавува и во молекулите во кои составен дел е водородот или функционалните групи на водородот како вода и метилен но со многу мала застапеност во однос на нивните термални својства.

Некатализиранат интерконверзија меѓу орто и пара H2 се зголемува со зголемување на температурата. На тој начин кога брзо се кондензира H2 има големи количини на висока енергија од ортоформата која се претвора во пара формата но многу бавно. Орто пара соодносот во кондензираната H2 е важно да се земе предвид при подготовки за резерви на течен водород. Претворањето од орто во пара е егзотермна и произведува доволно топлина за да испари дел од течниот водород што води до загуба на течниот материјал. Катализите за орто/пара интерконверзијата, како железо оксид,активен јаглен, платинизиран азбест, ретки метали од земјата, делови на ураниум, Хром оксид или делови од никел, се користат додека се лади водородот.

Фази Гасовит водород Течен водород Кашест водород Цврст водород Металичен водород

Соедниненија

Ковалентни и органски соединенија

Иако H2 не е многу реактивен во стандардни услови, тој се соединува со повеќето елементи. Вдодородот може да се соедини со елементи кои се по електронегативни, како што халогените (Пр. F, Cl, Br, I), или Кислород. Во овие соединениениа водородот има парциално позитивен полнеж. Кога е сврзан со флуор, кислород или азот, водородот може да учествува во еден вид на средно силни не ковалентни врски сврзувајки се со водородот од други слични молекули, овој феномен се нарекува сврзување на водород, но има критична стабилност доколку се сврзува со повеќето био молекули.IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, Hydrogen Bond Водородот исто така формира соединенија со елементи кои не се толку електронегативни, како метали и металоиди, каде што се сврзува со делумниот негативел електричен полнеж. Овие соединенија се познаци како хидрати.

Водородот формира широк спектар на соедниненија со јаглерод кои се наречени јаглеводороди, а има дури и поширок спектар на соединенија со хетероатоми, поради нивната генерална асоциајција со живите делови, наречени органски соединенија.. Проучувањето на нивните својства е познато како органска хемија и науката која ги проучува живите организми се нарекува биохемија. Според некои дефиниции, "органските" соединенија мора да содржат јаглерод. Повеќето од нив содржат водород, а тоа се случува затоа што јаглеводородната врска на овие соединенија им ги дава дел од хемиските одлики, јаглебодородните врски се речи си задолжителни во оргаската хемија. Познати се милиони јаглеводороди, и тие се најчесто формирани со сложени синтетички начини кои ретко го користат елементарниот водород.

Хидрати

Соединенијата на водородот често се нарекуваат хидрати, тоа е поим кој се користи поретко. Поимот "хидрат" ни кажува дека H атомот има стекнато негативен или анјонски карактер и се користи кога водородот фермира соединение со електропизитивен елемент. Постоењето на водородниот анјон препорачано од Гилберт Њ. Луис во 1916 било демонстирано од Моерс во 1920 преку електролиза на молтен литиум-хидрат правејќи стоикиометрија на водородот кај анодата. За другите хидрати, под овој термин се подразбира водород со ниска електронигативност. Иклучок во групата 2 прави која е полимерна. Во литиум алуминиум хидратот анјонот носи хидрилични центри цврсто прикачени за Al(III).

Иако хидратите може да се формираат скоро со секоја група на елементи, бројот на комбинации на врски кои може да се формираат варира. На пример,познати се повеќе од 100 бинарни боран хидрати, но само еден бинарен алуминиум хидрат. Бинарниот индиум хидрат сè уште не е идентификуван, затоа што постојат многу сложености..

Во неорганска хемија, хидратите исто така служат како премостувачи кои поврзуваат два метални центри во координирачки комплекс. Оваа функиција е многу честа во елементи група 13, особено во боранови (боран хидрати) и алуминиум комплекси.

Протони и киселини

Изотопи

Историја

Во 1671, Роберт Бојл ја откри и ја опиша реакцијата помеѓу железни  струготини и разредени  киселини , што резултира со производство на водороден гас.  Во 1766 година, Хенри Кевендиш беше првиот што го препозна водородот како дискретна супстанција, и го нареце гасот од метал-киселинаска реакција  "запаливи воздух". Тој шпекулираше дека "запаливиот воздух", всушност, е идентичен со хипотетичка супстанца наречена " флогистон " и понатаму откривајки во 1781 година дека гасот произведува вода кога согорува. Тој го нареце ова откритие како елемент. Во 1783 година, Антонио Лавоазје го даде на елементот името водород )  , кога тој и Лаплас го  репродуцираа откритието на Кевендиш дека вода се произведува кога водородот се гори. Лавоазје произведува водород за неговите експерименти на конзервација на маса со реакција на проток на пареа со метални железо низ взестена железна цевка загреана на оган. Анаеробна оксидација на железо од протони вода на висока температура може да се шематски претстави како сет на следните реакции:

   Fe +    H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Многу метали како циркониум  подложни на слична реакција со вода доведува до производство на водород.