Химические, физические и тепловые свойства хлороводорода HCl (соляная кислота)

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Рабочие среды / / Хлороводород HCl, он же — Cоляная кислота.  / / Химические, физические и тепловые свойства хлороводорода HCl (соляная кислота) Поделиться:    Химические, физические и тепловые свойства хлороводорода HCl (соляная кислота) Очень опасна для жизни человека!!! Химические, физические и тепловые свойства хлороводорода HCl (соляная кислота) Молярная масса 36,46 г/моль Температура плавления при НУ -114,14 °C Температура кипенияпри НУ -85,05 °C Критическая температура 51,45 °C Критическое давление 84,73 кгс/см2 Стандартная энтальпия образования -605,22 ккал/кг Удельная теплота плавления (1,013 бар) 54.6 кДж/кг Коэффициент растворения в воде (газ при НУ) 506 vol/vol Растворимость в воде соляной кислоты при давлении в одну атмосферу (20 °C) % по объему (жид) : 42.02 ; г на 100г воды : 72,47 Абсолютная вязкость газа при НУ 0.000132 Давление насыщенного пара (20 °C) 42.6 бар Теплопроводность 15.4 мВт/(м*К) Пожароопасность Не горюча, не взрывоопасна. Диэлектрическая проницаемость 1,0046 (25°C) Стандартная энтропия образования (298 К, Дж/моль·K) 186,8 Энтальпия плавления (кДж/моль) 1,99 ПДК в воздухе населенных мест — максимальная разовая дозировка 0,20 мг/м3 ПДК в воздухе населенных мест — среднесуточная 0,20 мг/м3 Примечания Соляную кислоту применяют для получения хлоридов различных металлов, органических полупродуктов и синтетических красителей, уксусной кислоты, активированного угля, различных клеев, гидролизного спирта, в гальванопластике. Ее применяют для травления металлов, для очистки различных сосудов, обсадных труб буровых скважин от карбонатов, окислов и др. осадков и загрязнений. В металлургии кислотой обрабатывают руды, в кожевенной промышленности – кожу перед дублением и крашением. Соляную кислоту применяют в текстильной, пищевой промышленности, в медицине и т. д. Человек При высоких концентрациях — раздражение слизистых, в особенности носа; конъюнктивит; помутнение роговицы. Охриплость, чувство удушья, покалывание в груди, насморк, кашель, иногда кровь в мокроте. Концентрации 0,05-0,075 мг/л переносятся с трудом, хотя «привычные» люди выносят в течение нескольких минут даже концентрации 1-2 мг/л. Хроническое отравление вызывает катары дыхательных путей; разрушение зубов; изъязвления слизистой носа и даже прободение носовой перегородки; желудочно-кишечные расстройства; возможны воспалительные заболевания кожи. Описай случай тяжелого отравления: сильное исхудание, слабость; горячая, сухая, землистая кожа; кашель, учащенное дыхание, мелкопузырчатые хрипы; мокрота отхаркивается о большим трудом; сердечная деятельность нормальная, но по нескольку раз в день сильные сердцебиения. Пульс — 70-80. Острые боли в области желудка, рвота желтоватой слизью. По весьма совпадающим данным разных авторов, предельная безвредная при постоянной работе концентрация — 0,015 мг/л. Наблюдается якобы привыкание к хлороводороду, причина которого пока неясна.

Соляная кислота температуру кипения — Справочник химика 21

    Адиабатическая абсорбция хлористого водорода. Принцип адиабатической абсорбции очень близок по своей сущности к ректификации в системе НС1—HgO. Одна из особенностей этого процесса — специфический характер зависимости температуры кипения соляной кислоты от ее концентрации. Как известно, соляная кислота образует азеотропную с.месь при концентрации 20, 24% НС1, имеющую максимальную температуру кипения 110°С (при нормальном давлении). Растворы кислоты меньшей концентрации имеют более низкую температуру кипения. При наличии более концентрированных растворов кислоты температура кипения их снова плавно понижается. Зависимость температуры кипения от концентрации соляной кислоты приведена на рис. 38.  [c.461]

    Эти соединения легко разлагаются со взрывом. Моновинилацетилен получается пропусканием ацетилена через концентрированный раствор хлористого аммония и хлористой меди (одновалентной), слегка подкисленный соляной кислотой, при 60—70° и 2—3 ат. Продукты реакции пропускают через холодильник, где ббльшая часть воды отделяется от целевого продукта, имеющего температуру кипения 5°. Затем сырой винилацетилен конденсируется путем глубокого охлаждения и затем очищается ректификацией. [c.254]

    В соляной кислоте любой концентрации вплоть до температуры кипения (см. рис. 22.1). [c.383]

    Особым коррозионным свойством циркония является его стойкость в щелочах всех концентраций при температурах вплоть до температуры кипения. Он стоек также в расплаве гидроксида натрия. В этом отношении он отличается от тантала и, в меньшей степени, от титана, которые разрушаются под воздействием горячих щелочей. Цирконий стоек в соляной и азотной кислотах любой концентрации и в растворах серной кислоты с содержанием h3SO4 температур кипения этих сред. В НС1 и подобных средах оптимальной стойкостью обладает металл с низким содержанием углерода (кипящей 20 % НС1 после определенного времени выдержки наблюдается резкое возрастание скорости коррозии конечная скорость составляет обычно менее 0,11 мм/год [461. Цирконий не стоек в окислительных растворах хлоридов металлов (например, в растворах РеС1з наблюдается питтинг), а также в HF и кремнефтористоводородной кислоте. 

[c.379]

    Из солей при действии менее летучей кислоты. Так, менее летучая серная кислота (температура кипения 338° С) при нагревании вытесняет летучие кислоты — азотную и соляную из их солей  [c.66]

    Для выяснения структуры ксилолов смесь их с температурой кипения 136—145° окислялась по Ульману [8], 3%-ным раствором перманганата калия (в излишке от теории) в слабощелочной среде. Непрореагировавший перманганат калия раскислялся метиловым спиртом. Калиевые соли органических кислот отфильтровывались от осадка, который многократно промывался горячей водой. Фильтрат упаривался ка водяной бане, повторно фильтровался и добавлялся 10%-иый раствор соляной кислоты до слабокислой реакции и перегонялся. 

[c.26]

    Кислотная экстракция позволяет извлечь соединения основного характера и потому часто используется для выделения из нефти и других сложных смесей азотистых оснований. Последние практически нацело извлекаются из низкокипящих нефтяных фракций уже разбавленными растворами минеральных (серной, соляной) кислот для экстракции оснований из средних и тяжелых дистиллятов лучше применять растворы кислот повышенной концентрации. Тем не менее и этим способом представительные концентраты оснований получаются лишь из фракций, выкипающих до 350—400 С. С ростом температуры кипения степень извлечения оснований снижается из-за повышения гидро-фобности как исходных веществ, так и образующихся солей в связи с увеличением размеров углеводородной части молекул. Так, из тяжелых вакуумных газойлей водными растворами минеральных кислот удается извлечь лишь около 40% [27], а из нефтяных остатков водно-спиртовыми растворами серной кислоты — лишь около 8,5% [28] оснований. 

[c.8]

    Температура кипения и плотность еоляной кислоты зависят от ее концентрации, то есть от состава системы НС1—Н2О . Максимально возможное содержание НС1 в соляной кислоте равно 46,15% мае. При концентрации 20,22% мае. образуется азеотроп с температурой кипения 108,6 С. Наиболее распрост

формула, получение, физические и химические свойства, техника безопасности

Хлористый водород — что это такое? Хлороводород — это бесцветный газ, обладающий резким запахом. Он легко растворяется в воде, образуя соляную кислоту. Химическая формула хлористого водорода — HCl. Он состоит из атома водорода и хлора, соединенных ковалентной полярной связью. Хлороводород легко диссоциирует в полярных растворителях, что обеспечивает хорошие кислотные свойства данного соединения. Длина связи составляет 127,4 нм.

Физические свойства

Как было сказано выше, в нормальном состоянии хлороводород — это газ. Он несколько тяжелее воздуха, а также обладает гигроскопичностью, т. е. притягивает пары воды прямо из воздуха, образуя при этом густое облака пара. По этой причине говорят, что хлористый водород «дымит» на воздухе. Если охлаждать данный газ, то на отметке -85 °С он сжижается, а к -114 °C становится твердым веществом. При температуре 1500 °С разлагается на простые вещества (исходя из формулы хлористого водорода, на хлор и водород).

Раствор HCl в воде называют соляной кислотой. Она представляет собой бесцветную едкую жидкость. Иногда имеет желтоватый оттенок из-за примесей хлора или железа. Из-за гигроскопичности максимальная концентрация при 20 °С — 37-38 % по массе. От нее же зависят и другие физические свойства: плотность, вязкость, температуры плавления и кипения.

Химические свойства

Сам хлороводород обычно в реакции не вступает. Лишь только при высокой температуре (более 650 °С) он реагирует с сульфидами, карбидами, нитридами и боридами, а также оксидами переходных металлов. В присутствии кислот Льюиса может взаимодействовать с гидридами бора, кремния и германия. А вот ее водный раствор гораздо более химически активен. По своей формуле хлористый водород — это кислота, поэтому он обладает некоторыми свойствами кислот:

• Взаимодействие с металлами (которые стоят в электрохимическом ряду напряжений до водорода):

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

• Взаимодействие с амфотерными и основными оксидами:

BaO + 2HCl = BaCl₂ + H₂O

• Взаимодействие со щелочами:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Взаимодействие с некоторыми солями:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂

• При взаимодействии с аммиаком образуется соль хлорида аммония:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

Но соляная кислота не взаимодействует со свинцом из-за пассивации. Это обусловлено образованием на поверхности металла слоя хлорида свинца, который нерастворим в воде. Таким образом, этот слой защищает металл от дальнейшего взаимодействия с соляной кислотой.

В органических реакциях она может присоединятся по кратным связям (реакция гидрогалогенирования). Также она может реагировать с белками или аминами, образуя органические соли — хлоргидраты. Искусственные волокна, типа бумаги, при взаимодействии с соляной кислотой разрушаются. В окислительно-восстановительных реакциях с сильными окислителями хлороводород восстанавливается до хлора.

Смесь концентрированной соляной и азотной кислоты (3 к 1 по объему) называют «царской водкой». Она является крайне сильным окислителем. Из-за образования в этой смеси свободного хлора и нитрозила царская водка может растворять даже золото и платину.

Получение

Ранее в промышленности соляную кислоту получали путем взаимодействия хлорида натрия с кислотами, обычно с серной:

2NaCl + H₂SO₄ = 2HCl + Na₂SO₄

Но этот способ недостаточно эффективен, а чистота получаемого продукта невысока. Сейчас используется другой способ получения (из простых веществ) хлористого водорода по формуле:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Для реализации такого способа существуют специальные установки, где оба газа подаются непрерывным потоком на пламя, в котором происходит взаимодействие. Водород подается в небольшом избытке для того, чтобы прореагировал весь хлор и не загрязнял получаемый продукт. Далее хлороводород растворяют в воде и получают соляную кислоту.

В лаборатории возможны более разнообразные способы получения, например гидролиз галогенидов фосфора:

PCl₅ + H₂O = POCl₃ + 2HCl

Получить соляную кислоту можно и путем гидролиза кристаллогидратов некоторых хлоридов металлов при повышенной температуре:

AlCl₃·6H₂O = Al(OH)₃ + 3HCl + 3H₂O

Также хлороводород является побочным продуктом реакций хлорирования многих органических соединений.

Применение

Сам хлороводород на практике применения не находит, так как очень быстро впитывает воду из воздуха. Почти весь произведенный хлористый водород идет на производство соляной кислоты.

Применяется в металлургии для очистки поверхности металлов, а также для получения чистых металлов из их руд. Это происходит путем перевода их в хлориды, которые легко восстанавливаются. Так, например, получают титан и цирконий. Широкое применение кислота получила в органическом синтезе (реакции гидрогалогенирования). Также из соляной кислоты иногда получают чистый хлор.

Находит применение и в медицине как лекарство в смеси с пепсином. Его принимают при недостаточной кислотности желудка. Соляная кислота используется в пищевой промышленности в качестве добавки Е507 (регулятор кислотности).

Техника безопасности

При высоких концентрациях соляная кислота — это едкое вещество. Попадая на кожу, она вызывает химические ожоги. Вдыхание газообразного хлороводорода вызывает кашель, удушье, а в тяжелых случаях даже отек легких, который может привести к смерти.

По ГОСТу имеет второй класс опасности. Хлористый водород по стандарту NFPA 704 имеет третью категорию опасности из четырех. Кратковременное воздействие может привести к серьезным временным или умеренным остаточным последствиям.

Первая помощь

При попадании соляной кислоты на кожу рана должна быть обильно промыта водой и слабым раствором щелочи или ее соли (например, содой).

При попадании паров хлороводорода внутрь дыхательных путей пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух и сделать ингаляцию кислородом. После этого следует прополоскать горло, промыть глаза и нос 2 % раствором гидрокарбоната натрия. Если соляная кислота попала в глаза, то после этого стоит закапать их раствором новокаина и дикаина с адреналином.

Галогеноводороды — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Галогеноводоро́ды — общее название соединений, образованных из водорода и галогенов (элементов подгруппы фтора):

Все галогеноводороды — бесцветные ядовитые газы с резким запахом, хорошо растворимые в воде. На воздухе их концентрированные растворы дымят вследствие выделения галогеноводородов.

Сокращённо галогеноводороды обозначают НГ, а в источниках на языках, использующих латинский алфавит, — HHal.

Соединение	Формула	Модель	Молярная масса	Длина связи d(H−X)/pm (газ)	Дипольный момент μ/D	ΔG°f	tплав °C	tкип °C
Фтороводород	HF		20	91,7	1,86	−270,7	−83,4	19,5
Хлороводород	HCl		36,5	127,4	1,11	−92,3	−114,2	−85,1
Бромоводород	HBr		81	141,4	0,79	−36,3	−86,9	−66,8
Иодоводород	HI		128	160,9	0,38	26,57	−50,8	−35,4
Астатоводород	HAt		211	172,0	-0,06		−26,5	−20,0

В ряду HCl — HBr — HI в соответствии с увеличением ковалентности связи уменьшается дипольный момент молекулы: соответственно 0,33 ⋅10⁻²⁹, 0,26⋅10⁻²⁹ и 0,19⋅10⁻²⁹ Кл·м. В жидкой и газовой фазах молекулы HCl, HBr, HI, в отличие от HF, не ассоциированы. Прочность связи в ряду HCl — HBr — HI значительно уменьшается, поскольку уменьшается степень перекрывания взаимодействующих электронных облаков. Также уменьшается и их устойчивость к нагреванию.

В ряду HCl — HBr — HI закономерно изменяются температуры плавления и кипения, но при переходе к HF они резко возрастают. Это объясняется ассоциацией молекул фтороводорода в результате образования водородных связей.

Галогеноводороды хлора, брома, йода при обычных условиях — газы. Хорошо растворимы в воде, при растворении протекают следующие процессы:

HHal+h3O→h4O++Hal−{\displaystyle {\mathsf {HHal+H_{2}O\rightarrow H_{3}O^{+}+Hal^{-}}}}

Процесс растворения сильно экзотермичен. С водой HCl, HBr и HI образуют азеотропные смеси, которые содержат соответственно 20,24; 48; 57 % НГ.

Галогены в галогеноводородах имеют степень окисления −1. Могут выступать в качестве восстановителей, причём восстановительная способность в ряду HCl — HBr — HI увеличивается:

HF+h3SO4↛{\displaystyle {\mathsf {HF+H_{2}SO_{4}\nrightarrow }}}

HCl+h3SO4↛{\displaystyle {\mathsf {HCl+H_{2}SO_{4}\nrightarrow }}}

2HBr+h3SO4→Br2+SO2+2h3O{\displaystyle {\mathsf {2HBr+H_{2}SO_{4}\rightarrow Br_{2}+SO_{2}+2H_{2}O}}}

8HI+h3SO4→4I2+h3S+4h3O{\displaystyle {\mathsf {8HI+H_{2}SO_{4}\rightarrow 4I_{2}+H_{2}S+4H_{2}O}}}

Иодоводород является сильным восстановителем и используется как восстановитель во многих органических синтезах. При стоянии раствор HI вследствие постепенного окисления HI кислородом воздуха и выделения иода постепенно принимает бурую окраску:

4HI+O2→2h3O+2I2{\displaystyle {\mathsf {4HI+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+2I_{2}}}}

Аналогичный процесс протекает и в водном растворе HBr, но намного медленнее.

Растворы галогенов — сильные кислоты, в которых ион H⁺ выступает в качестве окислителя. Сила кислот увеличивается по мере увеличения номера периода. Галогеноводородные кислоты реагируют с металлами, потенциал которых < 0, но так как ионы I⁻ (в меньшей степени Br⁻) хорошие комплексообразователи, HI может реагировать даже с серебром (E⁰ = +0,8 В).

2Ag+4HI→2H[AgI2]+h3{\displaystyle {\mathsf {2Ag+4HI\rightarrow 2H[AgI_{2}]+H_{2}}}}

Фтороводород легко образует полимеры типа (HF)_n

Вытеснение из солей сильными кислотами:

NaCl+h3SO4→HCl+NaHSO4{\displaystyle {\mathsf {NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow HCl+NaHSO_{4}}}}

h3+Cl2→2HCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}}

h3+Br2→2HBr{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+Br_{2}\rightarrow 2HBr}}}

h3+I2→2HI{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+I_{2}\rightarrow 2HI}}}

Хлор реагирует с водородом бурно, со взрывом, но реакцию необходимо инициировать (путём нагревания или освещения), что связано с её цепным механизмом.

Взаимодействие водорода с бромом и иодом также включает цепные процессы, но реакция с бромом протекает медленно, а с иодом идёт лишь при нагревании и не доходит до конца, поскольку в системе устанавливается равновесие. Этой закономерности соответствует и изменение ΔH°_f.

• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. «Общая и неорганическая химия» М.: Химия 1994

Хлор — Википедия

Хлор
← Сера | Аргон →
Жидкий хлор в запаянном сосуде
Название, символ, номер	Хлор / Chlorum (Cl), 17
Атомная масса (молярная масса)	[35,446; 35,457][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s2 3p5
Радиус атома	99 пм
Ковалентный радиус	102±4 пм
Радиус иона	(+7e)27 (-1e)181 пм
Электроотрицательность	3,16 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	7, 6, 5, 4, 3, 1, 0, −1
Энергия ионизации (первый электрон)	1254,9(13,01) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	3,21 г/л; (жид. при −35 °C) 1,557 г/см3; (тв. при −105 °C) 1,9 г/см³
Температура плавления	172,2К; −100,95 °C
Температура кипения	238,6К; −34,55 °C
Критическая точка	416,9 К, 7,991 МПа
Уд. теплота плавления	6,41 кДж/моль
Уд. теплота испарения	20,41 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	21,838[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	18,7 см³/моль
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a=6,29 b=4,50 c=8,21 Å
Теплопроводность	(300 K) 0,009 Вт/(м·К)
Номер CAS	7782-50-5

Хлор (от греч. χλωρός — «жёлто-зелёный») — химический элемент с атомным номером 17^[3]. Принадлежит к 17-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VII группы, или к группе VIIA), находится в третьем периоде таблицы. Атомная масса элемента 35,446…35,457 а. е. м.^{[1] [комм 1]}. Обозначается символом Cl (от лат. Chlorum). Химически активный неметалл. Входит в группу галогенов.

Простое вещество хлор при нормальных условиях — ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, тяжелее воздуха, с резким запахом и сладковатым, «металлическим» вкусом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl₂).

Соединение с водородом — газообразный хлороводород — был впервые получен Джозефом Пристли в 1772 г. Хлор был получен в 1774 г. шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, описавшим его выделение при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой в своём трактате о пиролюзите:

4HCl+MnO2→MnCl2+Cl2↑+2h3O{\displaystyle {\mathsf {4HCl+MnO_{2}\rightarrow MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}

Шееле отметил запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства. Однако Шееле, в соответствии с господствовавшей в химии того времени теорией флогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированную муриевую (соляную) кислоту. Бертолле и Лавуазье в рамках кислородной теории кислот обосновали, что новое вещество должно быть оксидом гипотетического элемента мурия. Однако попытки его выделения оставались безуспешными вплоть до работ Г. Дэви, которому электролизом удалось разложить поваренную соль на натрий и хлор, доказав элементарную природу последнего.

В 1811 г. Дэви предложил для нового элемента название «хлорин» (chlorine). Спустя год Ж. Гей-Люссак «сократил» название до хлора (chlore). В том же 1811 г. немецкий физик Иоганн Швейгер предложил для хлора название «галоген» (дословно солерод), однако впоследствии этот термин закрепился за всей 17-й (VIIA) группой элементов, в которую входит и хлор^[4].

В 1826 году атомная масса хлора была с высокой точностью определена шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом (отличается от современных данных не более, чем на 0,1 %)^[5].

В природе встречаются два изотопа хлора ³⁵Cl и ³⁷Cl. В земной коре хлор самый распространённый галоген. Хлор очень активен — он непосредственно соединяется почти со всеми элементами периодической системы. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: галита NaCl, сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, бишофита MgCl₂·6Н₂О, карналлита KCl·MgCl₂·6Н₂O, каинита KCl·MgSO₄·3Н₂О. Самые большие запасы хлора содержатся в составе солей вод морей и океанов (содержание в морской воде 19 г/л^[6]). На долю хлора приходится 0,025 % от общего числа атомов земной коры; кларковое число хлора — 0,017 %. Человеческий организм содержит 0,25 % ионов хлора по массе. В организме человека и животных хлор содержится в основном в межклеточных жидкостях (в том числе в крови) и играет важную роль в регуляции осмотических процессов, а также в процессах, связанных с работой нервных клеток.

В природе встречаются 2 стабильных изотопа хлора: с массовым числом 35 и 37. Доли их содержания соответственно равны 75,78 % и 24,22 %^[7]. Свойства стабильных и некоторых радиоактивных изотопов хлора перечислены в таблице:

Изотоп	Относительная масса, а. е. м.	Период полураспада	Тип распада	Ядерный спин
35Cl	34,968852721	Стабилен	—	3/2
36Cl	35,9683069	301 тыс. лет	β-распад в 36Ar	0
37Cl	36,96590262	Стабилен	—	3/2
38Cl	37,9680106	37,2 минуты	β-распад в 38Ar	2
39Cl	38,968009	55,6 минуты	β-распад в 39Ar	3/2
40Cl	39,97042	1,38 минуты	β-распад в 40Ar	2
41Cl	40,9707	34 c	β-распад в 41Ar
42Cl	41,9732	46,8 c	β-распад в 42Ar
43Cl	42,9742	3,3 c	β-распад в 43Ar

При нормальных условиях хлор — жёлто-зелёный газ с удушающим запахом. Некоторые его физические свойства представлены в таблице.

Свойство	Значение[8]
Цвет (газ)	Жёлто-зелёный
Температура кипения	−34 °C
Температура плавления	−100 °C
Температура разложения (диссоциации на атомы)	~1400 °C
Плотность (газ, н.у.)	3,214 г/л
Сродство к электрону атома	3,65 эВ
Первая энергия ионизации	12,97 эВ
Теплоёмкость (298 К, газ)	34,94 Дж/(моль·K)
Критическая температура	144 °C
Критическое давление	76 атм
Стандартная энтальпия образования (298 К, газ)	0 кДж/моль
Стандартная энтропия образования (298 К, газ)	222,9 Дж/(моль·K)
Энтальпия плавления	6,406 кДж/моль
Энтальпия кипения	20,41 кДж/моль
Энергия гомолитического разрыва связи Х—Х	243 кДж/моль
Энергия гетеролитического разрыва связи Х—Х	1150 кДж/моль
Энергия ионизации	1255 кДж/моль
Энергия сродства к электрону	349 кДж/моль
Атомный радиус	0,073 нм
Электроотрицательность по Полингу	3,20
Электроотрицательность по Оллреду — Рохову	2,83
Устойчивые степени окисления	−1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

Газообразный хлор относительно легко сжижается. Начиная с давления в 0,8 МПа (8 атмосфер), хлор будет жидким уже при комнатной температуре. При охлаждении до температуры в −34 °C хлор тоже становится жидким при нормальном атмосферном давлении. Жидкий хлор — жёлто-зелёная жидкость, обладающая очень высоким коррозионным действием (за счёт высокой концентрации молекул). Повышая давление, можно добиться существования жидкого хлора вплоть до температуры в +144 °C (критической температуры) при критическом давлении в 7,6 МПа.

При температуре ниже −101 °C жидкий хлор кристаллизуется в орторомбическую решётку с пространственной группой Cmca и параметрами a = 6,29 Å, b = 4,50 Å, c = 8,21 Å^[9]. Ниже 100 К орторомбическая модификация кристаллического хлора переходит в тетрагональную, имеющую пространственную группу P4₂/ncm и параметры решётки a = 8,56 Å и c = 6,12 Å^[9].

Растворимость[править | править код]

Растворитель	Растворимость г/100 г
Бензол	Растворим
Вода[10] (0 °C)	1,48
Вода (20 °C)	0,96
Вода (25 °C)	0,65
Вода (40 °C)	0,46
Вода (60 °C)	0,38
Вода (80 °C)	0,22
Тетрахлорметан (0 °C)	31,4
Тетрахлорметан (19 °C)	17,61
Тетрахлорметан (40 °C)	11
Хлороформ	Хорошо растворим
TiCl4, SiCl4, SnCl4	Растворим

Степень диссоциации молекулы хлора Cl₂ → 2Cl при 1000 К равна 2,07⋅10⁻⁴%, а при 2500 К — 0,909 %.

Порог восприятия запаха в воздухе равен 2—3 мг/м³.

По электропроводности жидкий хлор занимает место среди самых сильных изоляторов: он проводит ток почти в миллиард раз хуже, чем дистиллированная вода, и в 10²² раз хуже серебра. Скорость звука в газообразном хлоре примерно в полтора раза меньше, чем в воздухе.

Строение электронной оболочки[править | править код]

На валентном уровне атома хлора содержится 1 неспаренный электрон: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵, поэтому валентность, равная 1 для атома хлора, очень стабильна. За счёт присутствия в атоме хлора незанятой орбитали d-подуровня атом хлора может проявлять и другие степени окисления. Схема образования возбуждённых состояний атома:

Также известны соединения хлора, в которых атом хлора формально проявляет валентности IV и VI, например, ClO₂ и Cl₂O₆. Однако оксид хлора(IV) является радикалом, то есть у него есть один неспаренный электрон, а оксид хлора(VI) содержит два атома хлора, имеющих степени окисления +5 и +7.

Взаимодействие с металлами[править | править код]

Хлор непосредственно реагирует почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании):

2Na+Cl2→2NaCl{\displaystyle {\mathsf {2Na+Cl_{2}\rightarrow 2NaCl}}}

2Sb+3Cl2→2SbCl3{\displaystyle {\mathsf {2Sb+3Cl_{2}\rightarrow 2SbCl_{3}}}}

2Fe+3Cl2→2FeCl3{\displaystyle {\mathsf {2Fe+3Cl_{2}\rightarrow 2FeCl_{3}}}}

Взаимодействие с неметаллами[править | править код]

C неметаллами (кроме углерода, азота, фтора, кислорода и инертных газов) образует соответствующие хлориды.

5Cl2+2P→2PCl5,{\displaystyle {\mathsf {5Cl_{2}+2P\rightarrow 2PCl_{5}}},}

2S+Cl2→S2Cl2{\displaystyle {\mathsf {2S+Cl_{2}\rightarrow S_{2}Cl_{2}}}}

или

S+Cl2→SCl2.{\displaystyle {\mathsf {S+Cl_{2}\rightarrow SCl_{2}}}.}

На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) с водородом по радикально-цепному механизму. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3 % водорода, взрываются при облучении с образованием хлороводорода. Смесь хлора с водородом в небольших концентрациях горит бесцветным^[11] или жёлто-зелёным пламенем. Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 °C.

h3+Cl2→2HCl.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}.}

С кислородом хлор образует оксиды (см. статью Оксиды хлора), в которых он проявляет степень окисления от +1 до +7: Cl₂O, ClO₂, Cl₂O₅, Cl₂O₇. Они имеют резкий запах, термически и фотохимически нестабильны, склонны к взрывному распаду. Напрямую хлор с кислородом не реагирует. При реакции с фтором образуется не хлорид, а фториды:

Cl2+F2→2ClF,{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+F_{2}\rightarrow 2ClF}},}

Cl2+3F2→2ClF3,{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+3F_{2}\rightarrow 2ClF_{3}}},}

Cl2+5F2→2ClF5.{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+5F_{2}\rightarrow 2ClF_{5}}}.}

Известны фторид хлора(I), фторид хлора(III) и фторид хлора(V) (ClF, ClF₃ и ClF₅), Могут быть синтезированы из элементов, степень окисления хлора меняется в зависимости от условий синтеза. Все они представляют собой при комнатной температуре бесцветные ядовитые тяжёлые газы с сильным раздражающим запахом. Сильные окислители, реагируют с водой и стеклом. Используются как фторирующие агенты.

Другие свойства[править | править код]

Хлор вытесняет бром и иод из их соединений с водородом и металлами:

Cl2+2HBr→Br2+2HCl{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+2HBr\rightarrow Br_{2}+2HCl}}}

Cl2+2NaI→I2+2NaCl{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+2NaI\rightarrow I_{2}+2NaCl}}}

При реакции с монооксидом углерода образуется фосген:

Cl2+CO→COCl2{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+CO\rightarrow COCl_{2}}}}

При растворении в воде или щелочах, хлор диспропорционирует, образуя хлорноватистую (а при нагревании хлорноватую) и соляную кислоты, либо их соли:

Cl2+h3O⇄HCl+HClO{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftarrows HCl+HClO}}}

Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+2NaOH\rightarrow NaCl+NaClO+H_{2}O}}}

3Cl2+6NaOH→5NaCl+NaClO3+3h3O{\displaystyle {\mathsf {3Cl_{2}+6NaOH\rightarrow 5NaCl+NaClO_{3}+3H_{2}O}}} (при нагревании)

Хлорированием сухого гидроксида кальция получают хлорную известь:

Cl2+Ca(OH)2→CaCl(OCl)+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+Ca(OH)_{2}\rightarrow CaCl(OCl)+H_{2}O}}}

Действием хлора на аммиак можно получить трихлорид азота:

4Nh4+3Cl2→NCl3+3Nh5Cl{\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+3Cl_{2}\rightarrow NCl_{3}+3NH_{4}Cl}}}

Окислительные свойства хлора[править | править код]

Хлор — очень сильный окислитель:

Cl2+h3S→2HCl+S{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+H_{2}S\rightarrow 2HCl+S}}}

Раствор хлора в воде используется для отбеливания тканей и бумаги.

Реакции с органическими веществами[править | править код]

С насыщенными соединениями:

Ch4-Ch4+Cl2→C2H5Cl+HCl{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+Cl_{2}\rightarrow C_{2}H_{5}Cl+HCl}}}

Ch5+Cl2→Ch4Cl+HCl

Водород — Википедия

Водород
Гелий →
Газ без цвета, запаха и вкуса
Водород в разрядной трубке
Название, символ, номер	Водород / Hydrogenium (H), 1
Атомная масса (молярная масса)	[1,00784; 1,00811][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	1s1
Радиус атома	53 пм
Ковалентный радиус	32 пм
Радиус иона	54 (−1 e) пм
Электроотрицательность	2,20[2] (шкала Полинга)
Степени окисления	+1, 0, −1
Энергия ионизации (первый электрон)	1311,3 (13,595) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	0,0000899 (при 273 K (0 °C)) г/см³
Температура плавления	14,01 K; −259,14 °C
Температура кипения	20,28 K; −252,87 °C
Уд. теплота плавления	0,117 кДж/моль
Уд. теплота испарения	0,904 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	28,47[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём	14,1 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a = 3,780 c = 6,167 Å
Отношение c/a	1,631
Температура Дебая	110 K
Теплопроводность	(300 K) 0,1815 Вт/(м·К)
Номер CAS	12385-13-6

Водоро́д (H, лат. hydrogenium) — химический элемент периодической системы с обозначением H и атомным номером 1, самый лёгкий из элементов периодической таблицы. Его одноатомная форма — самое распространённое химическое вещество во Вселенной, составляющее примерно 75 % всей барионной массы. Звёзды, кроме компактных, в основном состоят из водородной плазмы.

Три изотопа водорода имеют собственные названия: ¹H — протий, ²H — дейтерий и ³H — тритий (радиоактивен). Ядро самого распространённого изотопа, протия, состоит из одного только протона и не содержит нейтронов.

При стандартных температуре и давлении водород — бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный двухатомный газ с химической формулой H₂, который в смеси с воздухом или кислородом горюч и крайне пожаро- и взрывоопасен^[3]. В присутствии других окисляющих газов, например фтора или хлора, водород также взрывоопасен. Поскольку водород охотно формирует ковалентные связи с большинством неметаллов, большая часть водорода на Земле существует в молекулярных соединениях, таких как вода или органические вещества. Водород играет особенно важную роль в кислотно-основных реакциях.

Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине, ниобии.

Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Впервые водород получил Парацельс, погружая железные опилки в серную кислоту в XVI веке.

В 1671 году Роберт Бойль подробно описал реакцию между железными опилками и разбавленными кислотами, при которой выделяется газообразный водород^[4][5].

В 1766 году Генри Кавендиш был первым, кто признал газообразный водород индивидуальным элементом, назвав газ, выделяющийся при реакции металла с кислотой «горючим воздухом». Он предположил, что «горючий воздух» идентичен гипотетическому веществу, называемому «флогистон», и в 1781 году обнаружил, что при его сгорании образуется вода^[6][7].

Прямо указывал на выделение водорода и Михаил Ломоносов, но он уже понимал, что это не флогистон.

Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Жаном Мёнье, используя специальные газометры, в 1783 году осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Так он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.

Лавуазье дал водороду название hydrogène (от др.-греч. ὕδωρ — вода и γεννάω — рождаю) — «рождающий воду». В 1801 году последователь Лавуазье, академик Василий Севергин, называл его «водотворное вещество», он писал^[8]:

Водотворное вещество в соединении с кислотворным составляет воду. Сие можно доказать, как через разрешение, так и через составление.

Русское наименование «водород» предложил химик Михаил Соловьёв в 1824 году — по аналогии с «кислородом» Ломоносова.

Во Вселенной[править | править код]

В настоящее время водород — самый распространённый элемент во Вселенной^[9]. На его долю приходится около 88,6 % всех атомов (около 11,3 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — порядка 0,1 %)^[10]. Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. Повсеместное возникновение атомарного водорода впервые произошло в эпоху рекомбинации.

В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Земная кора и живые организмы[править | править код]

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода.

В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму для сухого воздуха^[11][12]).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63 %^[13].

В промышленности[править | править код]

На 2019 год в мире потребляется 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака. Из них более 3/4 производится из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м³ газа.^[14] Почти все остальное получают из угля. Около 0,1 % (~100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом. При производстве водорода в атмосферу поступает ~830 млн тонн CO₂. Себестоимость водорода из природного газа оценивается в 1,5-3 доллара за 1 кг.

Ch5+h3O ⇄ CO+3h3{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+H_{2}O\ \rightleftarrows {}\ CO+3H_{2}}}}

• Пропускание паров воды над раскалённым коксом при температуре около 1000 °C:

h3O+C ⇄ CO↑+h3↑{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+C\ \rightleftarrows {}\ CO\uparrow +H_{2}\uparrow }}}

2NaCl+2h3O → 2NaOH+Cl2↑+h3↑{\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }}}

2h3O→4e−2h3↑+O2↑{\displaystyle {\ce {2h3O ->[4e^{-}] 2h3 ^ + O2 ^}}}

Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твёрдой полимерной мембраной^[15] (англ.).

2Ch5+O2⇄ 2CO+4h3{\displaystyle {\mathsf {2CH_{4}+O_{2}\rightleftarrows {}\ 2CO+4H_{2}}}}

В лаборатории[править | править код]

Zn+h3SO4→ZnSO4+h3↑{\displaystyle {\mathsf {Zn+H_{2}SO_{4}\rightarrow ZnSO_{4}+H_{2}\uparrow }}}

Ca+2h3O→Ca(OH)2+h3↑{\displaystyle {\mathsf {Ca+2H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}}

NaH+h3O→NaOH+h3↑{\displaystyle {\mathsf {NaH+H_{2}O\rightarrow NaOH+H_{2}\uparrow }}}

2Al+2NaOH+6h3O→2Na[Al(OH)4]+3h3↑{\displaystyle {\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}}

Zn+2KOH+2h3O→K2[Zn(OH)4]+h3↑{\displaystyle {\mathsf {Zn+2KOH+2H_{2}O\rightarrow K_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}}

2h4O++2e−→2h3O+h3↑{\displaystyle {\mathsf {2H_{3}O^{+}+2e^{-}\rightarrow 2H_{2}O+H_{2}\uparrow }}}

Очистка[править | править код]

В промышленности реализованы несколько способов очистки водорода из углерод-содержащего сырья (т. н. водородсодержащий газ — ВСГ)^[16].

• Низкотемпературная конденсация: ВСГ охлаждают до температур конденсации метана и этана, после чего водород отделяют ректификацией. Процесс ведут при температуре −158 °C и давлении 4 МПа. Чистота очищенного водорода составляет 93—94 % при его концентрации в исходном ВСГ до 40 %.
• Адсорбционное выделение на цеолитах: Настоящий метод на сегодняшний день наиболее распространён в мире. Метод достаточно гибок и может использоваться как для выделения водорода из ВСГ, так и для доочистки уже очищенного водорода. В первом случае процесс ведут при давлениях 3,0—3,5 МПа. Степень извлечения водорода составляет 80-85 % с чистотой 99 %. Во втором случае часто используют процесс «PSA» фирмы «Union Carbide». Он впервые был реализован в промышленности в 1978 году. На настоящий момент функционирует более 250 установок от 0,6 до 3,0 млн м³ Н₂/сут. Образуется водород высокой чистоты 99,99 %.
• Абсорбционное выделение жидкими растворителями: Этот метод применяется редко, хотя водород получается высокой чистоты 99,9 %.
• Концентрирование водорода на мембранах: На лучших образцах метод позволяет получать водород чистотой 95-96 %, однако производительность таких установок невысока.
• Селективное поглощение водорода металлами: Метод основан на способности сплавов лантана с никелем, железа с титаном, циркония с никелем и других поглощать до 30 объёмов водорода.

Стоимость[править | править код]

Стоимость водорода при крупнооптовых поставках колеблется в диапазоне 2—7 USD/кг.^[17] В небольших количествах перевозится в стальных баллонах зелёного или тёмно-зелёного цвета.

Эмиссионный спектр атомов водорода. Четыре видимые глазом спектральные линии серии Бальмера

Водород — самый лёгкий газ: он легче воздуха в 14,5 раз. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные водородом, на воздухе стремятся вверх^[18]. Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — Н₂. При нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9⋅10⁶ Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л.

Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H₂ на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см³) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 сП). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79 % пара-Н₂, 0,21 % орто-Н₂^[⇨].

Твёрдый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см³ (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексагональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки a = 0,378 нм и c = 0,6167 нм.

В 1935 году Уингер и Хунтингтон высказали предположение о том, что при давлении свыше 250 тысяч атм водород может перейти в металлическое состояние. Получение этого вещества в устойчивом состоянии открывало очень заманчивые перспективы его применения — ведь это был бы сверхлёгкий металл, компонент лёгкого и энергоёмкого ракетного топлива. В 2014 году было установлено, что при давлении порядка 1,5—2,0 млн атм водород начинает поглощать инфракрасное излучение, а это означает, что электронные оболочки молекул водорода поляризуются. Возможно, при ещё более высоких давлениях водород превратится в металл^[19]. В 2017 году появилось сообщение о возможном экспериментальном наблюдении перехода водорода в металлическое состояние под высоким давлением^[20][21].

Молекулярный водород существует в двух спиновых формах (модификациях): ортоводород и параводород. Модификации немного различаются по физическим свойствам, оптическим спектрам, также по характеристикам рассеивания нейтронов. В молекуле ортоводорода o-H₂ (т. пл. −259,10 °C, т. кип. −252,56 °C) спины ядер параллельны, а у параводорода p-H₂ (т. пл. −259,32 °C, т. кип. −252,89 °C) — противоположно друг другу (антипараллельны). Равновесная смесь o-H₂ и p-H₂ при заданной температуре называется равновесный водород e-H₂.

Равновесная мольная концентрация параводорода в смеси в зависимости от температуры

Разделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону параводорода, так как энергия пара-молекулы немного ниже энергии орто-молекулы. При 80 К соотношение модификаций приблизительно 1:1. Десорбированный с угля параводород при нагревании превращается в ортоводород с образованием равновесной смеси. При комнатной температуре равновесна смесь ортоводорода и параводорода в отношении около 75:25^[22]. Без катализатора взаимное превращение происходит относительно медленно, что даёт возможность изучить свойства обеих модификаций. В условиях разреженной межзвёздной среды характерное время перехода в равновесную смесь очень велико, вплоть до космологических.

Термодинамическое состояние насыщенного пара водорода с различным изотопным составом

Наиболее известны три изотопа водорода: протий ¹H (атомное ядро — протон), дейтерий ²Н (ядро состоит из одного протона и одного нейтрона) и тритий ³Н (ядро состоит из одного протона и двух нейтронов). Эти изотопы имеют собственные химические символы: протий — H, дейтерий — D, тритий — T.

Протий и дейтерий стабильны. Содержание этих изотопов в природном водороде составляет 99,9885 ± 0,0070 % и 0,0115 ± 0,0070 % соответственно^[23]. Оно может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода. Тритий нестабилен, претерпевает бета-распад с периодом 12,32 года, превращаясь в стабильный гелий-3^[23]. Тритий встречается в природе в следовых количествах, образуясь главным образом при взаимодействии космических лучей со стабильными ядрами, при захвате дейтерием тепловых нейтронов и при взаимодействии природного изотопа лития-6 с нейтронами, порождёнными космическими лучами.

Искусственно получены также тяжёлые радиоактивные изотопы водорода с массовыми числами 4—7 и периодами полураспада 10⁻²¹—10⁻²³ с^[23].

Природный молекулярный водород состоит из молекул H₂ и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание в нём молекул из чистого дейтерия D₂ ещё меньше, отношение концентраций HD и D₂ составляет примерно 6400:1.

Из всех изотопов химических элементов физические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов^[24].

	Температура плавления, K	Температура кипения, K	Тройная точка		Критическая точка		Плотность, кг/м³
			T, K	P, кПа	T, K	P, МПа	жидкий	газ
H2	13,96	20,39	13,96	7,3	32,98	1,31	70,811	1,316
HD	16,65	22,13	16,6	12,8	35,91	1,48	114,0	1,802
HT		22,92	17,63	17,7	37,13	1,57	158,62	2,31
D2	18,65	23,67	18,73	17,1	38,35	1,67	162,50	2,23
DT		24.38	19,71	19,4	39,42	1,77	211,54	2,694
T2	20,63	25,04	20,62	21,6	40,44	1,85	260,17	3,136

Молекулы чистых протия, дейтерия и трития могут существовать в двух аллотропных модификациях (отличающихся взаимной ориентацией спинов ядер) — орто- и параводород: o-D₂, p-D₂, o-T₂, p-T₂. Молекулы водорода с другим изотопным составом (HD, HT, DT) не имеют орто- и парамодификаций.

Свойства изотопов[

Температура кипения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 сентября 2018; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 сентября 2018; проверки требует 1 правка.

Температу́ра кипе́ния, точка кипения — температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением. Температура кипения соответствует температуре насыщенного пара над плоской поверхностью кипящей жидкости, так как сама жидкость всегда несколько перегрета относительно температуры кипения.

Согласно уравнению Клапейрона — Клаузиуса с ростом давления температура кипения увеличивается, а с уменьшением давления температура кипения соответственно уменьшается:

Tboil=(1Tboil.atm−R⋅ln⁡(P/Patm)ΔHboil⋅M)−1{\displaystyle T_{boil}=\left({\frac {1}{T_{boil.atm}}}-{\frac {R\cdot \ln(P/P_{atm})}{\Delta H_{boil}\cdot M}}\right)^{-1}},
где Tboil.atm{\displaystyle T_{boil.atm}} — температура кипения при атмосферном давлении, K,
ΔHboil{\displaystyle \Delta H_{boil}} — удельная теплота испарения, Дж/кг,
M{\displaystyle M} — молярная масса, кг/моль,
R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная.

Предельными температурами кипения являются температура тройной точки и температура критической точки вещества. Так температура кипения воды будет изменяться на Земле в зависимости от высоты: от 100 °C на уровне моря до 69 °C на вершине Эвереста. А при ещё большем увеличении высоты возникнет точка, в которой будет уже невозможно получить жидкую воду: лёд и пар будут переходить непосредственно друг в друга минуя жидкую фазу. С другой стороны, при повышении температуры до 374 °C, а давления — до 22 МПа исчезает граница между газовой и жидкой фазой (подробнее см. сверхкритическая жидкость).

Температура кипения воды в зависимости от давления может быть достаточно точно вычислена по формуле:

Tboil=179,47P0,2391{\displaystyle T_{boil}=179,47P^{0,2391}}, (R2=0,9983){\displaystyle (R^{2}=0,9983)},

где давление P{\displaystyle P} берётся в МПа (в пределах от 0,1 МПа до 22 МПа).

Температура кипения при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества. Однако данные о температуре кипения сверхчистых веществ, в частности — таких органических жидкостей, как эфир и бензол, могут иметь существенные отличия от обычных табличных данных. Это связано с образованием ассоциатов, которые могут накапливаться в жидкости в отсутствие воды, как медиатора установления равновесного состояния. Так, сверхосушенный бензол может быть подвергнут фракционной перегонке в диапазоне 90—118 °C.

Свойства элементов[править | править код]

Элементом с самой низкой точкой кипения является гелий. Точки кипения рения и вольфрама при нормальном давлении превышают 5000 К.