Физические характеристики водорода

Физические характеристики водорода
Водород тусклый нетоксичный газ без запаха и вкуса. Молекула водорода не полярна. Потому силы межмолекулярного взаимодействия в газообразном водороде малы. Это проявляется в низких температурах кипения (-252,6 0С) и плавления (-259,2 0С).
Водород легче воздуха, D (по воздуху) = 0,069;  некординально растворяется в воде (в 100 объемах H2O растворяется 2 объема  H2).  Потому водород при его получении в лаборатории можно собирать способами вытеснения воздуха либо воды.

Водород  самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Потому, к примеру, мыльные пузыри, заполненные водородом, на воздухе устремляются ввысь[12]. Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся прытче молекул хоть какого иного газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к иному. Отсюда следует, что водород обладает самой высочайшей теплопроводимостью посреди газообразных веществ. Его теплопроводимость примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна  Н2. При обычных критериях это газ без цвета, аромата и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения 252,76 C, удельная теплота сгорания 120,9106 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 их; диффузия через углеродистый сплав (к примеру, сталь) время от времени сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так именуемая декарбонизация). Фактически не растворим в серебре.

Фазовая диаграмма водорода

Жидкий водород существует в очень узком промежутке температур от 252,76 до 259,2 C. Это тусклая жидкость, очень лёгкая (плотность при 253 C 0,0708 г/см) и текучая (вязкость при 253 C 13,8 сП). Критичные параметры водорода очень низкие: температура 240,2 C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В водянистом состоянии сбалансированный водород состоит из 99,79 % пара-Н2, 0,21 % орто-Н2.

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

В 1935 году Уингер и Хунтингтон высказали предположение о том, что при давлении выше 250 тыщ атм водород может перейти в железное состояние. Получение этого вещества в устойчивом состоянии раскрывало очень соблазнительные перспективы его применения  ведь это был бы сверхлёгкий металл, компонент лёгкого и энергоёмкого ракетного топлива. В 2014 году было установлено, что при давлении порядка 1,52,0 млн атм водород начинает всасывать инфракрасное излучение, а это значит, что электронные оболочки молекул водорода поляризуются. Вероятно, при ещё более больших давлениях водород превратится в металл[13]. В 2017 году появилось извещенье о вероятном экспериментальном наблюдении перехода водорода в железное состояние под высочайшим давлением[14][15].

Молекулярный водород существует в двух спиновых формах (модификациях)  в виде орто- и параводорода. 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)  обратно друг другу (антипараллельны). Сбалансированная смесь o-H2 и p-H2 при заданной температуре именуется сбалансированный водород e-H2.

Сбалансированная мольная концентрация пара-водорода в консистенции в зависимости от температуры

Поделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие меж ортоводородом и параводородом практически нацело сдвинуто в сторону параводорода, так как энергия пара-молекулы немножко ниже энергии орто-молекулы. При 80 К соотношение форм примерно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании преобразуется в ортоводород с образованием сбалансированной смеси. При комнатной температуре сбалансированная смесь (орто-пара 75:25). Без катализатора перевоплощение происходит медлительно, что даёт возможность выучить характеристики обеих модификаций. В критериях межзвёздной среды отличительное время перехода в сбалансированную смесь очень велико, вплоть до космологических.