Физические и химические свойства водорода

Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раза. При нормальных условиях водород (H₂) — это бесцветный, без запаха и вкуса газ. Молекула состоит из двух атомов водорода.

• Плотность: 0,08987 г/л (н. у.).
• Температура кипения: −252,76 °C.
• Температура плавления: −259,2 °C.
• Удельная теплота сгорания: 120,9 МДж/кг.

Водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газов, примерно в 7 раз выше воздуха. Он плохо растворим в воде (около 18,8 мл/л при н. у.), но хорошо растворяется во многих металлах, особенно в палладии (Pd), где может раствориться до 850 объёмов H₂ на 1 объём Pd.

Молекулярный водород существует в двух спиновых изомерных формах:

• Ортоводород (o-H₂): спины ядер параллельны.
• Параводород (p-H₂): спины ядер антипараллельны.

Эти изомеры отличаются незначительно по физическим свойствам и спектрам. При комнатной температуре равновесная смесь состоит примерно из 75 % ортоводорода и 25 % параводорода. При низких температурах превалирует параводород.

Водород является сильным восстановителем и способен реагировать со многими элементами при повышенной температуре или в присутствии катализаторов.

• С кислородом реагирует с образованием воды:

${\displaystyle 2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O}$

Эта реакция сопровождается выделением большого количества энергии и является основой для использования водорода в качестве топлива.

• С активными металлами образует гидриды:

${\displaystyle 2Na+H_{2}\rightarrow 2NaH}$

${\displaystyle Ca+H_{2}\rightarrow CaH_{2}}$

Полученные гидриды являются ионными соединениями, которые легко реагируют с водой с выделением водорода.

• С оксидами металлов восстанавливает их до чистых металлов:

${\displaystyle CuO+H_{2}\rightarrow Cu+H_{2}O}$

${\displaystyle Fe_{2}O_{3}+3H_{2}\rightarrow 2Fe+3H_{2}O}$

Эти реакции используются в металлургии для получения металлов из их оксидов.

• С неметаллами взаимодействует при определённых условиях:

 * С фтором реагирует при любой температуре со взрывом:
   :: ${\displaystyle H_{2}+F_{2}\rightarrow 2HF}$
 * С хлором реакция протекает на свету:
   :: ${\displaystyle H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}$

• В органической химии используется для гидрирования ненасыщенных соединений в присутствии катализаторов:

${\displaystyle R{-}CH=CH{-}R'+H_{2}{\xrightarrow[{}]{\text{кат.}}}R{-}CH_{2}{-}CH_{2}{-}R'}$

Эта реакция применяется для получения насыщенных соединений из алкенов и алкинов.