Фізичні та хімічні властивості водню і його молярна маса

Водень відноситься до горючих газів. У нормальному стані він не має смаку, запаху і кольору. Водень більш ніж в 14 разів легший за повітря, так як це найлегший газ з існуючих. Також у нього найбільша теплопровідність. При цьому він добре розчиняється в багатьох металах, в тому числі платині, нікелі, залозі та інших. У воді газ практично не розчинний. Даний матеріал широко зустрічається на нашій планеті, а у всесвіті є найпоширенішим елементом. Це забезпечує відносно низьку собівартість матеріалу. Для отримання водню використовуються різні хімічні способи.


Водень в балонах для зварювання

Хімічні та фізичні властивості водню дозволяють використовувати його як основний аналог ацетилену. Якщо порівнювати з іншими методами зварювання, то використання водню є практично нешкідливим для пайки, різання і зварювання. Дана особливість обумовлена ??паром, що є продуктом горіння в даному процесі. Практично всі, хто працює з газовим зварюванням можуть відносно швидко освоїти і водневу. Застосування даного газу дуже широко затребуване в різних областях промисловості, причому не тільки в зварюванні.

Область застосування при зварюванні

Фізичні властивості водню дозволяють використовувати його замість ацетилену і це є основною сферою використання в зварювальної галузі. Його можна зустріти практично у всіх місцях, де застосовують ацетилен. Це зварювання різання і пайка різних металів, особливо, коли потрібна висока температура полум’я. Через пара, що виділяється при роботі, даний процес виходить більш безпечним, тоді як його прямий аналог є найнебезпечнішим зварювальним газом.


Процес зварювання з використання водню

Головною відмінністю від ацетилену при зварюванні є те, що при використанні водню шов покривається дуже товстим шаром шлаку. Якість з’єднання буде поступатися, так як наплавлений метал часто виходить тонким і відрізняється високим рівнем пористості. Щоб уникнути утворення таких дефектів варто додатково використовувати бензин та інші вуглеводні, які допоможуть зв’язати кисень. Крім цього може підійти толуол, бензол та інше. Кількість даних матеріалів для роботи потрібно відносно невелика, тому, це не сильно підвищує собівартість отримання шва.

переваги

Хімічні властивості водню забезпечують ряд умов, які виділяють газ серед інших і забезпечують йому деякі унікальні переваги, яких немає у аналогічних матеріалів:

  • Області застосування водню дуже великі, так що не виникає проблем з дефіцитом матеріалу;
  • Вартість водню відносно невелика, що спрощує процес застосування;
  • Безпосереднє зварювання набагато безпечніше, ніж робота з іншими газами, так як тут побічним продуктом є звичайний пар;
  • Теплоємність газу досить велика, так що його можна застосовувати для тих сполук, які вимагають глибокої проварки.

недоліки

У той же час властивості і застосування водню може нести в собі ряд негативних факторів, що утрудняє його застосування для деяких зварювальних процедур:

  • Незважаючи на те, що сама зварювання відносно безпечна, перевезення та зберігання водневих балонів відрізняється вибухонебезпечність, так що потрібно докладати спеціальні запобіжні заходи;
  • Якість одержуваних сполук значно поступається ацетиленового і іншим різновидам зварювання;
  • Під час з’єднання відбувається сильне освіту шлаків, які можуть стати включеннями в метал, а також ускладнюють визначення реальної величини валика наплавленого металу;
  • У шві утворюється багато часу;
  •  Потрібно додатково застосовувати різні горючі вуглеводневі матеріали.

Фізичні властивості водню

Водень є найлегшим газом у всесвіті. Завдяки тому, що молекули мають меншу масу, ніж у інших речовин, швидкість їх пересування буде більше, ніж у тих, що оточують субстанцій. Це забезпечує високу швидкість передачі теплоти, що для зварювання є відмінним перевагою. Чистий водень має двухатомной молекулою. Щільність речовини становить 0,08987 г / л. Питома теплоємність водню – 1209 * 105 Дж / кг. Температура кипіння досягає -252,76 градусів Цельсія. У воді речовина розгубиться мало, але він добре розчиняється в різних металах, зокрема нікелі і паладій. При взаємодії водню з вуглецем, який знаходиться в сплавах стали, виникає руйнування об’єктів, що містять вуглець.

Рідкий стан речовини знаходиться у вузькому проміжку від -252 до 259 градусів Цельсія. Рідина виходить легкої і безбарвною з високою плинністю. Температура плавлення твердого водню становить 259 градусів Цельсія. Тут він виглядає як снегоподобная маса. Отримання металевого стану речовини поки залишається лише теоретичним припущенням, так як при 2 000 000 атмосфер він поглинає інфрачервоне випромінювання, що говорить про можливість перетворення, але навіть при таких параметрах тиску він ще не стає металом.

Хімічні властивості водню

Розглядаючи хімічні властивості водню, варто розуміти, що його молекули дуже міцні і для того, щоб відбулася реакція взаємодії, потрібно витратити велику кількість енергії. Реакція при звичайній температурі можлива тільки з кальцієм і активними металами. Крім високих температур для реакції кисню з металами і неметалами може знадобитися ще й освітлення.

Реакції з іншими речовинами це не єдині хімічні властивості водню. Також варто відзначити постійні, такі як радіус іона речовини, що дорівнює 54 (-1) пм, ступінь окислення -1, ковалентний радіус – 32 пм, енергію іонізації – 1311 кДж / моль.

Молярна маса і питома теплоємність

Молярна маса водню є постійним значенням і визначається за таблицею Менделєєва. Умовно на один атом береться 1 грам на моль. З урахуванням того, що водень це двоатомний газ, то відповідно для газу молярна маса буде дорівнювати 2 грами на моль. Але це лише умовні позначення, прийняті для простоти розрахунків. Реальна молярна маса водню становить 1,00794 г / моль, так що настільки малим відхиленням в розрахунках часто нехтують.

Питома теплоємність є тим значенням, яке залежить від температури навколишнього середовища. Природно, що у відносному плані воно все одно буде вище, ніж у багатьох інших газів, за рахунок унікальних властивостей водню, але при зміні умов навколишнього середовища воно також може збільшуватися або зменшуватися. У нормальних умовах величина відноситься до недіссоціірованних станом. Тільки при температурі понад 1500 градусів Цельсія дисоціація стає істотним фактором. При температурі в 27 градусів Цельсія питома теплоємність стає 14,31 кДж / (кг * градуси Цельсія).

ізотопи водню

У природі ця речовина можна зустріти у вигляді трьох ізотопів. Це протий, дейтерій і тритій. Дейтерій і протий є стабільними ізотопами. Масові числа у них 2 і 1 відповідно. Протій незрівнянно більш поширений практично при будь-якому способі отримання водню, незалежно від джерела. Тритій є нестабільним ізотопом. Період напіврозпаду у нього становить 12,32 років. Це найменш поширений варіант, який виходить, коли стабільні ядра взаємодіють з космічними променями. Після періоду бета-розпаду тритій перетворюється в ще більш рідкісний ізотоп гелію, який стає стабільним.

Штучно отримані ізотопи є важкими та радіоактивними. Їх масові числа можуть зростати до 7. Варто відзначити, що серед ізотопів всіх речовин саме водневі володіють найбільшою кількістю відмінностей у властивостях між собою.

Інструкція по застосуванню

Коли вода розкладається електричним струмом, то водню стає в два рази більше, ніж кисню. Це створює окислительное полум’я, що істотно знижує якість зварювання. Додавання парів бензин, спирту або ацетону допомагає знизити вміст кисню. Температура такого полум’я становить 2600 градусів Цельсія. Воднева зварювання виконує лівим способом. Як легуючі елементів найчастіше використовують магній або кремній. Це забезпечує розкислення металу для ванни.

Заходи безпеки

  • Зріджений водень викликає обмороження шкіри;
  • Днем полум’я водню невидимо, так що для його виявлення потрібні спеціальні датчики;
  • З’єднання чистого водню і кисню може привести до вибуху, так що потрібно стежити за концентрацією даних речовин.

висновок

Для зварювальної області хімічні властивості водню хоч і не можна назвати дуже зручними, але в своїй ніші він дуже затребуваний. Його застосовують в тих місцях, де не можна допускати загазованості приміщень. У стандартних умовах газ буде поступатися іншим за якістю, але в інших він практично незамінний і технологію роботи з ним можна досить легко освоїти.