Бесцветный газ без запаха и вкуса, горящий бледно-голубым пламенем. Сгущается в прозрачную жидкость пл. 0,07 г/см³, кипящую при -252,79 °С. При -257 °С жидкость затвердевает с образованием прозрачных кристаллов. При нормальных условиях 1 л газа весит 0,08988 г. В жидкостях растворим очень мало; 1 объем этилового спирта растворяет 0,0695 объема H₂ (при комнатной температуре), 1 объем воды - 0,0214 объема H₂ (при 0 °С).

Многие металлы в раскаленном состоянии (Pd, Pt, Fe, Cu) поглощают значительные количества водорода. С кислородом при 180 °С соединяется медленно, при 600 °С - со взрывом. С фтором реагирует со взрывом на холоду и в темноте, с хлором энергично взаимодействует (вплоть до взрыва) только на солнечном свету. Вообще для водорода характерна пассивность на холоду (вызванная большой энергией связи молекулы H₂ - 104 ккал) и высокая активность при высокой температуре или наличии катализаторов.

1. В лабораторных условиях водород получают действием сравнительно активных металлов на серную или соляную кислоту:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂б

Чаше всего водород получают, действуя цинком на соляную или серную кислоты (1 объем HCl (пл. 1,19) на 1 объем воды или 1 объем H₂SO₄ (пл. 1,84) на 8 объемов воды). Реакцию удобно проводить в аппарате Киппа. Если цинк очень чист, то выделение газа происходит медленно; для ускорения процесса добавляют несколько капель раствора CuCl₂ (при применении H₂SO₄ - несколько капель раствора CuSO₄). Медь выделяется на цинке и образует с ним гальваническую пару, в результате чего растворение цинка протекает более интенсивно.

При использовании недостаточно чистых цинка и кислоты выделяющийся водород может содержать примеси: фосфористый и мышьяковистый водород, сернистый ангидрид, закись и окись азота, двуокись углерода, азот, сероводород, кислород и углеводороды. Для очистки водород пропускают через раствор хромовой смеси (100 г K₂Cr₂O₇ и 50 г H₂SO₄ (пл. 1,84) в 1 л воды) или через щелочной раствор KMnO₄ с последующим осушением прокаленным CaCl₂ или P₂O₅. Очищенный таким способом водород содержит еще незначительную примесь воздуха. Для удаления кислорода, часто оказывающего вредное действие, газ пропускают через раскаленную стеклянную трубку, содержащую восстановленную медь^*1, (см. разд. "Азот", приготовление, п. 2). В этом случае водород все время восстанавливает окислы и колонка может работать длительное время без регенерации реагента. Для очистки от примеси азота можно использовать метод 5, приведенный ниже.

2. Чистый водород, почти не содержащий примесей, можно получить электролизом раствора KOH. Для этой цели рекомендуется прибор^*2, схема которого показана на рис. 13.

Корпус электролитической ячейки представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд 1 с прочно закрепленной крышкой 6, изготовленной из органического стекла или пропарафиненного дерева. Крышку можно сделать разъемной из двух половин (для удобства крепления в ней трубки 5). Для выхода кислорода в крышке просверливают небольшое отверстие. На никелевых проволоках к крышке подвешивают цилиндрические никелевые катод 2 и анод 4; катод устанавливают в стеклянном колоколе 3 с газоотводной трубкой 5.

Сосуд 1 на 2/3 заполняют 30%-ным раствором KOH. К катоду и аноду подсоединяют, соответственно, отрицательный и положительный полюсы источника тока, поддерживая при помощи реостата силу тока в пределах 3-5 А.

Выделяющийся газ содержит кислород и капельки раствора щелочи. Брызги щелочи задерживают стеклянной ватой, помещенной в расширение 7 газоотводной трубки. Для улавливания мельчайших капелек раствора щелочи в виде тумана газ можно пропустить через нагретую до 1000 °С кварцевую трубку^*3 с чистым кварцевым песком (на рис. 13 не показано). Кислород удаляют, пропуская газ через трубку 8 с активированной медью (см. разд. "Азот", приготовление, п. 2). Затем водород осушают серной кислотой (пл. 1,75, не выше!), залитой в промывалку 9.

Производительность электролизера составляет 3-4 л/ч чистого водорода. Можно параллельно соединять несколько электролитических ячеек^*4.

3. Упрощенный электролизер^*5 для электролиза 5-10%-ного раствора NaOH изображен на рис. 14. Железный анод 2 помещен внутри трубки 3. Катод 1 из железной или никелевой сетки окружает трубку 3. Выделяющийся водород, собираясь в банке, вытесняет избыток электролита в верхний сосуд и выходит через трубку 4 под давлением столба жидкости.

Для получения водорода электролизом можно воспользоваться также прибором, описанным в разд. "Кислород", п. 5.

4. Для очистки водорода от O₂, N₂ и паров воды газ можно пропускать через нагретую до 550-600 °С фарфоровую трубку с магниевыми стружками^*6.

5. Эффективный метод очистки водорода от примесей, в частности от азота и инертных газов, основан на диффузии его через раскаленную пластинку из металлического палладия или из сплавов палладия с золотом или серебром. Схематично установка для очистки газа этим методом представлена на рис. 15. Водород, очищенный от примеси As и Sb щелочным раствором KMnO₄, вводят в палладиевую ампулу 1, расположенную в кварцевой трубке 3 и обогреваемую электропечью 2. Кварцевую трубку предварительно тщательно вакуумируют. Через стенку палладиевой ампулы в трубку диффундирует чистейший водород, содержащий не более 10^-7% азота и кислорода. Удобно пользоваться для термодиффузионной очистки водорода специальным аппаратом^*7, производительностью 35 л/ч.

Примечания. 1. При нагревании или поджигании водорода следует соблюдать большую осторожность ввиду возможности взрыва. Всегда необходимо предварительно отобрать пробу газа в пробирку и поджечь. Содержащий большое количество воздуха газ взрывается; более чистый - дает вспышку, сопровождающуюся резким звуком, чистый - загорается спокойно.

Для предохранения от проскакивания водородного пламени внутрь газовыделительного прибора применяют стеклянную трубку длиной 10 см и диаметром 10 мм, в которой помещено 10 кружков из мелкой проволочной сетки, плотно прилегающих к стенкам трубки и отделенных друг от друга комочками ваты. Трубка ставится между газовыделительным аппаратом и горелкой.

| ПРЕДЫДУЩАЯ | СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩАЯ |