Если кислород является самым распространенным элементом в земной коре, то водород – самый распространенный элемент во Вселенной. Водород составляет около 70 % массы Солнца и звезд. Поскольку водород – наиболее легкий из всех элементов, то такая внушительная масса требует огромного количества атомов этого элемента. Из каждых 100 атомов, встречающихся во Вселенной, 90 – атомы водорода.

Вероятно, когда-то водород входил и в атмосферу Земли. Но из-за своей легкости он способен покидать атмосферу, поэтому доля водорода в воздухе ничтожно мала. В связанном виде водород составляет 0,76 % массы Земли. Наиболее важным соединением водорода, встречающимся в природе, является вода.

Водород – газ, типичный неметалл. Образует прочные ковалентные двухатомные молекулы Н₂.

Нетрудно подсчитать плотность водорода: 1 моль в обычных условиях занимает 22,4 л, а молярная масса водорода равна 2 г. Следовательно, плотность в пересчете на 1 л составит 2 г/22,4 л = 0,09 г/л. Плотность воздуха заметно выше – 1,305 г/л, поэтому наполненные водородом предметы испытывают выталкивающую силу атмосферы.

Водород становится жидким при очень низких температурах (-253 °С), а твердый водород получить еще труднее (температура плавления твердого водорода -259 °С).

О водороде как элементе вы знаете уже довольно много. Атом водорода – самый простой из всех атомов. Его ядро состоит из единственного протона. Этот (самый распространенный) изотоп водорода называют также протием, чтобы отличить от дейтерия – другого изотопа водорода, в ядре которого 1 протон и 1 нейтрон. Дейтерий не радиоактивен, но находится в природе в очень небольшом количестве. Тем не менее, его научились выделять для нужд ядерной энергетики. Дейтерий – один из немногих изотопов в химии, имеющий свой собственный символ D. Наиболее известным химическим соединением, в которое входит дейтерий, является "тяжелая вода" D₂O.

В ядерных реакциях образуется еще один изотоп водорода – тритий, в ядре которого 1 протон и 2 нейтрона. Тритий (химический символ T) радиоактивен, период его полураспада чуть больше 12 лет. Однако в природе он все-таки встречается, хотя и в ничтожных количествах - в обычной воде один атом трития приходится на 10¹⁸ атомов протия. Этот тритий - космического происхождения. Он постоянно образуется в атмосфере благодаря тому, что быстрые космические нейтроны расщепляют атомы азота на два фрагмента: углерод-12 и тритий. Протоны высоких энерний, из которых в основном состоят космические лучи, тоже могут порождать тритий при взаимодействии с ядрами любых элементов, входящих в состав атмосферы.

Таким образом, известны 3 изотопа водорода: ¹₁H (или просто H), ²₁H (или D), ³₁H (или T). Поскольку в ядре любого изотопа водорода всегда только один протон, то электронная оболочка включает только один электрон, занимающий самый нижний электронный уровень 1s. Таким образом, любой изотоп водорода имеет только одну – и притом валентную – оболочку 1s¹.

Электронный уровень 1s вмещает не более 2-х электронов и атому водорода достаточно приобрести или потерять один электрон, чтобы достичь устойчивой электронной конфигурации:

Н - 1е^- = Н⁺ положительный ион водорода (нет е^-)

Первое уравнение говорит о родственной связи водорода с элементами I группы – щелочными металлами, которые охотно отдают единственный внешний электрон и образуют положительные ионы Li⁺, Na⁺, K⁺ и т.д. Второе уравнение свидетельствует о близости водорода к элементам VII группы, которым не хватает одного электрона для завершения внешней оболочки и которые легко принимают чужой электрон с образованием ионов F^-, Cl^-, Br^- и т.д.

Типичными неметаллическими свойствами этот элемент больше похож на элементы VII группы (фтор, хлор, бром т.д.). Но водород не является р-элементом и более охотно ОТДАЕТ электрон, чем принимает. Поэтому его нахождение в группе s-элементов – активных восстановителей – также имеет смысл. В связи с этим водород часто помещают в I группу Периодической таблицы, а в VII группе повторяют его символ в скобках. Но есть и такие издания Периодической таблицы, где его основным местом является именно VII группа. И то и другое – правильно.

** 7.1 (НГУ). “Тяжелая вода” D₂O, полученная в результате реакции кислорода с водородом, обогащенным дейтерием, имеет молярную массу 18,2 г. Рассчитайте содержание обоих изотопов в исходном водороде, считая, что кислород состоит практически только из изотопа ¹⁶O.