"Интересные факты о водороде"

Вопрос 1

В настоящее время водород — самый распространённый элемент во Вселенной[12]. На его долю приходится около 88,6 % всех атомов (около 11,3 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — порядка 0,1 %)[13]. Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа.

Вопрос 2

Ещё до XVIII века водород выделяли из кислот и металлов, однако, не считали его самодостаточным. Его относили к флогистону – гипотетическая материя, входящая в состав всех горючих веществ. Только в XVIII веке после череды длительных экспериментов Кавендишу удалось исследовать водород как самостоятельную единицу. Он назвал его «горючий воздух». Кавендиш первым описал свойства этого элемента и опубликовал их в своей работе «Искусственный воздух»

Вопрос 3

Два атома в молекуле водорода создают простой газ Н2, который значительно легче воздуха, не имеет цвета, запаха и вкуса. Он не токсичен, но очень огнеопасен. Он начинает гореть при взаимодействии с кислородом. В результате реакции выделяется жидкость – вода, которая, по сути, является продуктом горения водорода. Вода представляет собой бинарное неорганическое соединение и имеет формулу Н2О: каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, соединенных между собой ковалентной связью.

Вопрос 4

В зависимости от внешних условий Н может быть жидким, твердым или газообразным. В обычных условиях, при средних температурах окружающей среды он наиболее часто встречается в виде газа – Н2. Температур плавления химического элемента составляет -259,14 С. В этом случае он переходит в жидкое состояние, что очень удобно для его транспортировки (поскольку газ занимает больше места). Также, жидкий Н используют в качестве составляющей для ракетного топлива.

Находясь под воздействием высокого давления, Hydrogen переходит в твердое состояние – металлический водород. Считается, что подобное вещество входит в состав планет «газовых гигантов». Однако, это утверждение пока остается только гипотезой.

Вопрос 5

ИЗОТОПЫ – разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу. Название «изотопы» было предложено в 1912 английским радиохимиком Фредериком Содди, который образовал его из двух греческих слов: isos – одинаковый и topos – место. зотопы – это те вещества, у которых атомы имеют одинаковое число протонов и электронов, а отличаются лишь числом нейтронов. Атомный номер элемента при этом не меняется, ведь число протонов остается то же самое. Но меняется массовое число – так как нейтроны добавляют массу атому. Давайте добавим к нашему простейшему водороду один нейтрон. Теперь водород выглядит так: С точки зрения химика ничего не изменилось, остался прежний водород с его химическими свойствами. И остался этот наш водород по-прежнему в первой ячейки периодической системы. А вот с физической точки зрения есть большая разница: это самый настоящий изотоп.

Hydrogen имеет три изотопа, которым присвоены собственные названия: 1H – протий (Н), 2H – дейтерий (D), и 3H – тритий (T). Последний является радиоактивным и применяется в энергетической и военной индустриях. В природе тритий синтезируется в верхних слоях атмосферы. В процессе распада он превращается в изотоп гелий-3 с освобождением электрона и антинейтрино. В промышленных условиях тритий получают, облучая изотоп литий-6 нейтронами в ядерных реакторах. Период полураспада радиоактивного вещества составляет 12,3 года.

Вопрос 6

Солнце, как и вода, обеспечивают жизнь на Земле.  Интересным фактом о водороде, является то, что он преобладает в химическом составе Солнца и других звезд во Вселенной (а также некоторых газовых планет). Он играет важную роль в образовании энергии, которая освещает и согревает нашу планету. Н в составе Солнца имеет долю примерно в 75%, 24% — это гелий (Не), и 1% — другие химические элементы. Внутри звезды под действием высоких температур и сильного давления происходят реакции, в результате которых Н превращается в Не. Во время синтеза происходит выделение энергии, которую мы видим как солнечный свет.

Вопрос 7

К XX веку человечество осознало, что Hydrogen можно использовать не только в мирных целях. Во время гонки вооружений в период холодно войны советские и американские ученые стремились превзойти друг друга в военной промышленности. Они создавали оружие со значительной поражающей мощностью на основании водородного изотопа дейтерия. Термоядерная реакция возникает во время синтеза легких газов в тяжелые: во время этого процесса высвобождается огромное количество энергии. Первые испытания термоядерного заряда проводились в США 1 ноября 1952 года. По сути, устройство не являлось бомбой, а представляло лабораторный прототип.  Спустя год, 12 августа 1953, в СССР продемонстрировали уже полностью готовую к эксплуатации водородную бомбу РДС-6с.

Этот вид оружия имел огромную разрушительную силу. Мощность его взрыва превышала возможности ядерного оружия. При этом считалось, что количество ядерных осадков от него значительно меньше. В процессе дальнейших исследований было выяснено, что все зависит от типа выбранной реакции. Если в изделие включается термоядерный заряд с использованием урана-238 (радиоактивный нуклид урана), то мощность бомбы возрастет в пять раз, в количество радиоактивных осадков увеличится в 10 раз.

Вопрос 8

Водород также активно используется в космосе. Аккумуляторы на его основе обладают хорошей производительностью и длительным сроком эксплуатации (около 15 лет). Никель-водородный аккумулятор часто применяется в космических проектах. Например, батареи данного вида были установлены на беспилотной исследовательской станции «Mars Global Surveyor» – один из наиболее успешных проектов НАСА по исследованию Марса. Никель-водородными батареями оснащены спутники, МКС, космический аппарат «Марс Одиссей», телескоп Хаббла. Интересный факт: батареи в телескопе были заменены спустя 19 лет после его запуска, что показало наибольшую длительность использования аккумуляторов.

Вопрос 9

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, создал Франсуа Исаак де Риваз (англ.)русск. (1752—1828) в 1806 году. Водород изобретатель производил электролизом воды. Этот первый поршневой двигатель так же называют машиной ДеРиваса.

Будете удивлены, но первый двигатель обычной «полуторки» заработал на водороде в блокадном Ленинграде в сентябре 1941 года! Молодому младшему техник-лейтенанту Борису Щелищу, руководившему подъемом аэростата заграждения, было приказано в отсутствии бензина и электричества наладить работу лебёдок. Поскольку аэростаты заполнялись водородом, ему пришла мысль использовать его как топливо. Около 600 автомобилей были переоборудаваны и передвигались на водородном топливе.

Вопрос 10

Toyota Mirai[К. 1] — водородный гибридный автомобиль на топливных элементах. Впервые был представлен публике в ноябре 2013 года на Токийском автосалоне.

16 ноября 2014 года президент компании Toyota Акио Тоёда[en] официально объявил, что автомобиль будет называться Toyota Mirai. Автомобиль основан на концепт-каре Toyota FCV[1]. Продажи в Японии стартовали 15 декабря 2014 года по цене 6 700 000 японских иен (около 57 500 долларов США), а в США и Европе начнутся в четвёртом квартале 2015 года[2]. До конца 2015 года планируется продать около 700 автомобилей, в том числе 400 — в Японии[2]. Сборка автомобилей производится на заводе Motomachi Plant в городе Тоёта[3].

Объем продаж Toyota Mirai в США составил 1 700 автомобилей в 2018 году и 1 502 автомобиля в 2019 году[4]

В октябре 2019 году компания Toyota представила второе поколение Toyota Mirai 2021 модельного года, продажи начнутся во второй половине 2020 года.