Получение водорода

Самый простой метод получения водорода – реакция высоко-реакционноспособного металла с кислотой. Например, алюминий (Al) реагирует с соляной кислотой (HCl), в результате чего образуется водород:

$2 {\mathrm{Al}}_{\mathrm{(тв)}} \mathrm{+} 6 {\mathrm{HCl}}_{\mathrm{(раств)}} \to 2 \mathrm{Al}{\mathrm{Cl}}_{\mathrm{3\; (раств)}} \mathrm{+} 3 {\mathrm{H}}_{\mathrm{2\; (г)}}$

Выделяющийся водород собирается в перевёрнутую вверх дном пробирку или заполненный водой перевёрнутый сосуд. Собранный таким образом газ подносят к пламени спиртовой горелки для проверки его чистоты. В случае чистого водорода слышен глухой хлопок взрыва. Если же в сосуде кроме водорода содержался еще и воздух, то при горении произойдёт визжащий взрыв.

При реакции гидрида кальция (СаН₂) с водой также выделяется газообразный водород:

${\mathrm{CaH}}_{\mathrm{2\; (тв)}} \mathrm{+} 2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{(ж)}} \to \mathrm{Ca(O}{\mathrm{H)}}_{\mathrm{2\; (раств)}} \mathrm{+} 2 {\mathrm{H}}_{\mathrm{2\; (г)}}$

Эта реакция применяется в метеорологических зондах, которые поднимаются на высоту до 40 км. Раньше для этого использовался гелий, сейчас же предпочтение отдаётся водороду, так как он дешевле и немного легче по массе.

Электролиз (греч. lysis — разложение) воды – важный способ получения водорода. Электрический ток пропускается через воду, содержащую растворённые ионные вещества (сами молекулы воды не имеют заряда, а для прохождения электрического тока нужны заряженные частицы). Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород.

$2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{(ж)}} \stackrel{\text{электролиз}}{\to } 2 {\mathrm{H}}_{\mathrm{2\; (г)}} \mathrm{+} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2\; (г)}}$

При электролизе воды важно то, каким методом получается необходимая электроэнергия. Если для этого используются химические источники энергии, такие как древесина или горючий сланец, то в целом природа только загрязняется – в процессе горения такого топлива выделяется углекислый газ. По мнению учёных образующийся в больших количествах углекислый газ (СО₂) в результате человеческой деятельности является основной причиной быстрых изменений климата. Поэтому активно идут поиски других источников энергии, например таких, как солнечная энергия или энергия ветра.

Водород используется как моторное топливо. Водородным топливом надеются заменить бензин и дизельное топливо. К сожалению, широкое использование водородного топлива затруднено из-за того, что топливные элементы (устройства, генерирующие энергию за счёт реакции соединения водорода и кислорода) сравнительно дороги и не подходят для низких температур. Для домов предлагается использовать систему солнечных батарей, которые помимо выработки электроэнергии вырабатывают и водород путём электролиза. Полученный водород мог бы служить источником энергии в ночное время при отсутствии солнечного света.

В промышленности водород получают в больших количествах. В большинстве случаев для производства используется природный газ. Природный газ, состоящий по большей части из метана (СН₄), реагирует с водой в присутствии катализатора (им является никель Ni). Для прохождения этой каталитической реакции необходима температура 1000 °C.

${\mathrm{CH}}_{\mathrm{4\; (г)}} \mathrm{+} 2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{(ж)}} \stackrel{\text{1000 °C, Ni}}{\to } {\mathrm{CO}}_{\mathrm{2\; (г)}} \mathrm{+} 8 {\mathrm{H}}_{\mathrm{2\; (г)}}$

И в этом случае в ходе этой реакции образуется углекислый газ, так что поиск более экологичных способов получения водорода продолжается. Одним из возможных решений опять же является использование солнечной энергии. В жарких климатических поясах Земли, особенно в пустынях, где огромное количество солнечного света, с помощью зеркал можно сфокусировать солнечное излучение в одном месте – приёмнике, с помощью которого можно достичь высоких температур. Жидкая соль, водяной пар или горячее масло, нагретые в приёмнике, приводят в действие электрогенераторы, а полученная таким образом электроэнергия расходуется на производство водорода методом электролиза.