Путешествие в Страну элементов

Вскоре воздушные шары стали наполнять только водородом. Серная кислота в те времена была довольно дорога, и для получения водорода пользовались железо-паровым методом Лавуазье. Он пропускал через ружейный ствол, раскаленный докрасна, водяной пар. Вода разлагалась, выделялся газообразный водород. Кислород же, соединившись с железом, давал окалину.

В 1794 году при северной армии французов, боровшейся с австрийскими интервентами, был организован корпус военных аэростатов. В битве при Флерюсе французы запустили аэростат с военным инженером, сообщавшим о передвижении войск неприятеля.

В XX веке водород в аэростатах был заменен гелием, затем и они сами были вытеснены самолетами. Но аэростаты сыграли свою роль в тревожные дни 1941 года. Они подымались ночью над Москвой и другими крупными городами. Вражеские летчики вынуждены были сбрасывать бомбы с большой высоты, без прицела, чтобы не напороться на тросы, привязанные к аэростатам.

Водород в промышленности

Долгое время водород получали в основном для наполнения аэростатов. Вплоть до начала нашего века он не применялся в химической промышленности. Можно сказать, что в XIX веке не было промышленного производства этого газа. В больших количествах водород понадобился для синтеза аммиака. Потребовались миллионы кубометров водорода. Ведь для того чтобы получить 2 кубометра аммиака, необходим кубометр азота и три водорода:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃.

В 1924 году у аммиака появился сильный конкурент по потреблению водорода. Это метиловый спирт — метанол — ценное сырье химической промышленности. Был внедрен в производство каталитический синтез спирта из окиси углерода и водорода:

СО + 2Н₂ = CH₃ОН.

Сейчас основным источником водорода служат водяной и коксовые газы, содержащие до 50–60 процентов водорода.

Немалое количество водорода идет на получение жидкого моторного топлива из угля. Уголь насыщают водородом, в технике этот процесс называется гидрированием. Он идет при большом давлении, высокой температуре и в присутствии железного или никелевого катализатора.

Большое значение имеет также гидрирование жиров. Жиры бывают животными и растительными. Сливочное масло вырабатывают из коровьего молока — это животный жир; подсолнечное — из семян подсолнечника — это жир растительный. Растительных жиров в мире производят почти в пять раз больше, чем животных, которые более питательны и вкусны. Животные жиры содержат большее количество водорода, чем растительные. «Нельзя ли добавить его в жиры растительные, чтобы повысить их калорийность?» — таким вопросом задались химики. Оказалось, можно. Для этого надо через жидкое растительное масло (подсолнечное, хлопковое, соевое, кунжутное), нагретое до 300 °C, пропустить водород. Причем на тонну масла необходимо 15 килограммов порошкообразного никеля — катализатора. По окончании реакции никель отделяют от масла фильтрованием через фильтрпресс. Получается твердый жир, из которого с небольшими добавками животного жира готовят маргарин — продукт, по калорийности мало уступающий сливочному маслу. Гидрированием растительных масел получают твердые жиры, пригодные для мыловарения.

Соединение или раствор?

Соединения водорода с элементами называются гидридами, а соединения водорода со щелочными и щелочноземельными металлами — солеобразными гидридами; они сходны по строению с галоидными солями. Эти гидриды очень активны: энергично реагируя с водой, они выделяют водород.

LiH + H₂O = LiOH + Н₂.

Интересны и по строению и свойствам летучие гидриды, особенно бороводороды (бораны) и кремневодороды (силаны).

По химическим свойствам бораны сходны с углеводородами. Бораны — отличное ракетное топливо: 1 килограмм пентаборана при сгорании выделяет больше тепла, чем 1 килограмм бензина (15 100 ккал/моль).

Третья обширная группа гидридов тяжелых металлов резко отличается от первых двух. Например, палладий в этой группе способен при комнатной температуре поглотить 850 объемов водорода. При этом металл еле заметно разбухает. Конечно, здесь нельзя говорить об образовании какого-либо определенного соединения. Железо растворяет водород в гораздо меньшей степени, но при высокой температуре оно поглощает довольно большое количество этого газа. При внедрении в производство синтеза аммиака инженерам доставила много неприятностей «водородная болезнь железа». При высокой температуре водород растворялся в стали, существенно снижая ее прочность.

Голос космоса

Земная кора содержит 1 процент водорода по весу. Почти весь он находится в связанном состоянии — в воде и в органических соединениях: нефти, угле, растениях и т. д. В атмосфере — всего лишь пять стотысячных процента водорода.

Когда-то атмосфера Земли была восстановительной и содержала водорода во много раз больше. Появившийся в результате фотосинтеза растений кислород связал значительную часть водорода. С другой стороны, водород постоянно покидает земную атмосферу. Ведь это наилегчайщий газ, его молекулы наиболее подвижны. Он значительно быстрее других газов распространяется в пространстве.