Самый легкий газ вселенной

Самый легкий газ в мире и его характеристики

Самый легкий газ является еще и наиболее распространенным в нашей Вселенной элементом – и это водород. Значительная часть звезд и звездной материи имеют в своем составе по большей части именно этот газ.

Раньше помощью водорода в воздух поднимались дирижабли и воздушные шары, но поскольку этот газ очень взрывоопасен при взаимодействии с кислородом, то было много трагических полетов. Поэтому было принято решение не использовать больше водород, а заполнять воздушные шары гелием.

Исторические факты открытия самого легкого газа

Еще в XVI-XVII столетиях ученые-химики всего мира наблюдали, как взаимодействие металлов и кислот порождает выделение горючего газа. Данный факт обратил на себя внимание и нашего соотечественника – Михаила Ломоносова. Но детальным исследованиям данный газ подверг английский ученый Кавендиш, который прозвал его «горючим воздухом». Однако некоторые предубеждения не дали химику найти правильный ответ относительно данного газа. А вот французские ученые завершили исследования, совершив сначала синтез воды, а затем при помощи раскаленного железа, разложение водяного пара. В результате они получили такой вывод – этот горючий газ присутствует в составе воды, а, следовательно, из нее можно легко получить данный газ.

Водород: основные свойства

Этот газ является гораздо более легким, чем воздух (в 14,5 раз). Поэтому можно наблюдать, как наполненные водородом мыльные пузыри, начинают подниматься на воздухе вверх. Молекула водорода, являющаяся двухатомной, обладает наибольшей скоростью в сравнении с молекулами других газов. В связи с этим молекулы легкого газа способны с высокой скоростью осуществлять передачу тепла от одного объекта к другому, что указывает на высокую теплопроводность данного газа, которая в 7 раз выше данной характеристики воздуха.

Этот газ, пребывая в абсолютно нормальных условиях, не обладает запахом, вкусом и цветом. Он прекрасно способен растворяться в большом числе металлов, а особенно в палладии. В серебре, так же как и в воде, он почти не растворяется. Вместе с кислородом легкий газ образует самое нужное и распространенное вещество на нашей планете – воду. А в каждом органическом соединении можно встретить водород, который взаимодействует с углеродом.

Водород включает в свой состав 3 изотопа. Это протий, дейтерий, часто называемый еще «тяжелым» водородом», и тритий, являющийся радиоактивным. Легкий газ широко используется в различных отраслях промышленности (к примеру, осуществляется гидрогенизация масел и жиров).

Водород в жидком состоянии представляет собой бесцветную, текучую и самую легкую жидкость, а твердый водород является снегоподобной кристаллообразной массой. Обладает этот газ только одним электроном, проявляющим характеристики галогенов и щелочных металлов.

Водород и гелий

Выше уже было упомянуто, что вместо данного газа для полетов стал применяться гелий. Однако они порой идут рядышком друг с другом, поэтому их стоит рассмотреть вместе. Так Солнце является смесью водорода и гелия (пропорция 4:1). Водород в данном случае является ядерным топливом «жгучей звезды», а гелий – ядерным «пеплом».

Солнце ежесекундно теряет некоторую свою массу – такое происходит при превращении газа в гелий, то есть определенный процент водорода становится гелием.

Источник

Самый легкий газ

Исторические факты открытия самого легкого газа

Водород: основные свойства

Этот самый легкий газ является гораздо более легким, чем воздух (в 14,5 раз). Поэтому можно наблюдать, как наполненные водородом мыльные пузыри, начинают подниматься на воздухе вверх. Молекула водорода, являющаяся двухатомной, обладает наибольшей скоростью в сравнении с молекулами других газов. В связи с этим молекулы легкого газа способны с высокой скоростью осуществлять передачу тепла от одного объекта к другому, что указывает на высокую теплопроводность данного газа, которая в 7 раз выше данной характеристики воздуха.

Водород в жидком состоянии представляет собой бесцветную, текучую и самую легкую жидкость, а твердый водород является снегоподобной кристаллообразной массой. Обладает этот газ только одним электроном, проявляющим характеристики галогенов и щелочных металлов.

Водород и гелий

Солнце ежесекундно теряет некоторую свою массу – такое происходит при превращении самого легкого газа в гелий, то есть определенный процент водорода становится гелием.

Источник

Самый легкий газ в мире и его характеристики

Газ – одно из агрегатных состояний веществ. В таком виде они чаще всего существуют во Вселенной, образуя туманности, звезды и межзвёздное вещество. Без газов не обходится и Земля. Они входят в состав воздуха, присутствуют в живых организмах. А какой газ самый лёгкий? Какими особенностями он обладает? Давайте это выясним.

Самый лёгкий газ

Химический элемент, молекулы которого образуют легчайший газ – это водород. В периодической системе он обозначается символом H и стоит на первом месте. Он уникален по своей природе, ведь может быть опасен, но вместе с тем он крайне необходим любому живому существу.

Водород – самый лёгкий газ, когда два его атома соединяются в молекулу, образуя H₂. По легкости он превосходит воздух в 14,5 раз. В смеси с кислородом или воздухом он может взрываться. Но если соединить два его атома с атомом оксигена, то получится обыкновенная вода, в которой мы так нуждаемся. На это указывает и его латинское название Hydrogenium, что можно перевести как «порождающий воду».

Если соединить два атома водорода и два атома кислорода, то выйдет уже другое вещество. Они образуют перекись водорода – бесцветную жидкость, которую используют для обеззараживания ран, отбеливания волос, а также в качестве ракетного топлива.

Состояния и свойства вещества водорода

Самый легкий химический газ при нормальных условиях не обладает цветом, вкусом и запахом. Его плотность на один кубический сантиметр составляет всего 0,0000899 грамма. Температура его кипения — 252,6 °С. В свободном состоянии в природе он встречается именно в виде газа H₂.

Водород прекрасно растворяется во многих металлах (в палладие, титане, ниобие, платине, никеле), диффундируя с ними. Он также растворим в этаноле, а вот с серебром не смешивается.

Он обладает высокой теплопроводностью, которая в семь раз выше, чем у воздуха. Жидкий водород лёгкий и тоже бесцветный. При сжижении его объём уменьшается, а вещество приобретает криогенные свойства. В таком виде он опасен для человека – может вызвать обморожение кожи, а его пары вызывают отёк лёгких.

В твёрдом состоянии вещество выглядит как снегоподобная масса белого цвета. Она плавится при температуре −259,2 °C, и обладает практически самой маленькой плотностью среди твёрдых простых веществ — 0,08667 г/см³. При давлении 300 Гпа он переходит в металлическое состояние. Предполагается, что металлический водород есть в ядрах некоторых планет, например Сатурна и Юпитера.

Реакции с водородом

Сам по себе самый лёгкий газ неактивный. Однако при нагревании он способен вступать в реакции с различными веществами, например азотом, кислородом, серой и т. д. Горение водорода сопровождается выделением воды, это в XVIII веке обнаружил ещё химик Лавуазье, который и дал газу его название.

Смешиваясь с кислородом, происходит его окисление. Но при обычной температуре реакция протекает медленно и малозаметна со стороны. Тем не менее, смесь прозвали «гремучей», так как при нагревании она взрывается, сопровождаясь громким хлопком. Чтобы активировать смесь достаточно даже одной искры.

С участием света и тепла реагирует со многими металлами и неметаллами. С хлором образует хлороводород – устойчивый газ с ярко выраженным запахом. Он растворяется в воде и дымится на влажном воздухе. С азотом образует аммиак, с серой – сильно пахнущий сероводород.

При обычных температурах самый лёгкий газ реагирует только фтором и с очень активными, щелочными металлами, например, кальцием. С фтором он очень взрывоопасен, и вступает в реакцию даже при нулевой температуре и в темноте.

С оксидами он отнимает кислород и ведет себя как восстановитель. Так, из CuO на выходе образуется медь и вода, а из WO₃ – вольфрам и 3H₂O.

Распространение в природе

Водород – самый распространённый элемент во Вселенной, но на Земле он уступает первенство кислороду. В космосе самый лёгкий газ присутствует в межзвёздном веществе, образует туманности, звёзды и ядра планет.

На Солнце и других звездах температура слишком высокая, поэтому водород становится плазмой. С его помощью в них происходят термоядерные реакции, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. Именно сжигание водорода и его превращения позволяют звездам светить и отдавать тепло.

На Земле водород находится преимущественно в связанном виде. В свободном состоянии в сухом воздухе содержится только 0,00005 % этого газа. Он присутствует почти во всех живых клетках. Так, около 64% атомов в организме приходится на водород. Он входит в состав белков, жиров, гормонов и других соединений.

Где его применяют?

Когда-то самый лёгкий газ использовали для поднятия в воздухе воздушных шаров и дирижаблей. Однако это не было безопасным. Если каким-то образом к нему поступал кислород, установка загоралась. Из-за возгорания самого крупного дирижабля «Гинденбурга» в 1937 году погибло 35 человек. После этого опасный газ заменили гелием.

Сейчас из водорода делают хлороводород и соляную кислоту, а также аммиак, необходимый для производства удобрений. С помощью него изготавливают мыло, пластмассы. Соединяя его с CO₂, получают синтез-газ, для производства энергии. Пропуская через него жидкие растительные жиры, получают твердые, из которых делают маргарин.

Восстановительные качества водорода помогают получать чистые металлы из их оксидов (медь, вольфрам, молибден и т. д.). При его горении образуются очень высокие температуры (3000-4000 градусов), с их помощью варят тугоплавкие металлы.

Эффективное топливо

Водород обладает высокой теплотой сгорания и не представляет вред для окружающей среды Когда он горит, то в атмосферу выделяются кислород и вода. Он вполне мог бы заменить дорогие нефть и газ, тяжело добываемый уголь, а также остановить выделение вредного углекислого газа, которое неизбежно при их переработке.

Над этим вопросом сейчас и задумываются учёные. Программы по водородной энергетики уже озвучили Исландия, США, Япония, ЮАР, Индия, Южная Корея. В Италии компания Enel уже запустила электростанцию на этом газе, Япония заявила, что откроет свою станцию в 2018 году. Автомобильные компании уже давно представили свои водородные модели.

Возможно, такое топливо могло бы решить некоторые проблемы. Однако оно может породить и новые. Пока неизвестно, как эффективно получать водород, затрачивая минимум средств и не нарушая природный баланс. Поэтому все идеи об использовании самого легкого газа находятся в разработке.

Источник

Самые легкие газы. Особенности водорода, кислорода и азота

Газ – одно из состояний вещества. Он не обладает конкретным объемом, заполняя собой всю емкость, в которой находится. Зато обладает текучестью и плотностью. Какие самые легкие газы существуют? Чем они характеризуются?

Самые легкие газы

Название «газ» было придумано ещё в XVII веке из-за созвучия со словом «хаос». Частицы вещества и вправду, хаотичны. Они движутся в произвольном порядке, меняя траекторию каждый раз, когда сталкиваются друг с другом. Они стараются заполнить все доступное пространство.

Молекулы газа слабо связаны между собой, в отличие от молекул жидких и твердых веществ. Большинство его видов невозможно ощутить при помощи органов чувств. Но газы обладают другими характеристиками, например, температурой, давлением, плотностью.

Их плотность увеличивается по мере возрастания давления, а при увеличении температуры они расширяются. Самым легким газом является водородом, тяжелым – гексафторид урана. Газы всегда смешиваются. Если действуют силы тяготения, то смесь становится неоднородной. Легкие поднимаются вверх, тяжелые, наоборот опускаются вниз.

Самые легкие газы – это:

Первые три относятся к нулевой группе таблицы Менделеева, о них и поговорим ниже.

Водород

Какой газ является самым легким? Ответ очевиден – водород. Это первый элемент периодической таблицы, который в 14,4 раза легче воздуха. Он обозначаете буквой Н, от латинского названия Hydrogenium (рождающий воду). Водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной. Он входит в состав большинства звезд и межзвездной материи.

В нормальных условиях водород абсолютно безвреден и нетоксичен, не обладает запахом вкусом и цветом. В определенных условиях может значительно изменять свойства. Например, смешиваясь с кислородом, этот газ запросто взрывается.

Может растворяться в платине, железе, титане, никеле и в этаноле. От воздействия больших температур он переходит в металлическое состояние. Его молекула двухатомная и обладает большой скоростью, что обеспечивает отличную теплопроводность газа (в 7 раз выше, чем у воздуха).

На нашей планете водород находится в основном в соединениях. По своей важности и задействованности в химических процессах он является вторым после кислорода. Водород содержится в атмосфере, входит в состав воды и органических веществ в клетках живых организмов.

Кислород

Кислород обозначается буквой О (Oxygenium). Он также не обладает запахом, вкусом и цветом в нормальных условиях, и находится в газообразном состоянии. Его молекулу часто называют дикислород, так как она содержит два атома. Существует его аллотропная форма или же модификация – газ озон (О3), состоящий из трех молекул. Он имеет голубой цвет и отличается многими характеристиками.

Кислород и водород – самые распространенные и самые легкие газы на Земле. В коре нашей планеты больше кислорода, он составляет примерно 47 % её массы. В связанном состоянии в воде его содержится больше 80 %.

Газ является важнейшим элементом жизнедеятельности растений, животных, человека и многих микроорганизмов. В теле человека он способствует осуществлению окислительно-восстановительных реакций, попадая в наши легкие с воздухом.

Благодаря особым свойствам кислорода, его широко используют в медицинских целях. С его помощью устраняют гипоксию, патологии ЖКТ, приступы бронхиальной астмы. В пищевой промышленности его применяют в качестве упаковочного газа. В сельском хозяйстве кислород используют для обогащения воды, при разведении рыбы.

Как и два предыдущих газа, азот состоит из двух атомов, не обладает выраженными вкусовыми качествами, цветом и запахом. Символ для его обозначения – латинская буква N. Вместе с фосфором и мышьяком он относится к подгруппе пниктогенов. Газ очень инертный, за что и получил название azote, которое переводится с французского как «безжизненный». Латинское название Nitrogenium, то есть «рождающий селитру».

Азот содержится в нуклеиновых кислотах, хлорофилле, гемоглобине и белках, является основной составляющей воздуха. Его содержание в гумусе и земной коре многие ученые объясняют извержением вулканов, которые переносят его с мантии Земли. Во Вселенной газ существует на Нептуне и Уране, входит в состав солнечной атмосферы, межзвездного пространства и некоторых туманностей.

Человек использует азот в основном в жидком виде. Его применяют в криотерапии, в качестве среды для упаковки и хранения продуктов. Он считается наиболее эффективным для тушения пожаров, вытесняет кислород и лишает огонь «потпитки». Вместе с кремнием он образует керамику. Азот нередко используют для синтеза различных соединений, например, красителей, аммиака, взрывчатых веществ.

Заключение

Какой газ самый легкий? Теперь вы и сами знаете ответ. Самыми легкими считаются водород, азот и кислород, относящиеся к нулевой группе периодической системы. После них следуют метан (углерод+водород) и оксид углерода (углерод+кислород).

Источник