Водород роль водорода в живой и неживой природе

Водород роль водорода в живой и неживой природе

Водород вместе с азотом, кислородом и углеродом входит в группу так называемых элементов-органогенов.
Именно из этих элементов в основном и состоит организм человека. Доля водорода в нем по массе достигает 10%, а по числу атомов 50% (каждый второй атом в организме – водород).
Водород и самый распространенный элемент в нашей вселенной – его доля составляет около 75% по массе и 92% по числу атомов. В отличие от кислорода, существующего как в природе, так и в организме в свободном виде, водород почти полностью находится в виде его соединений (основное соединение водорода – вода).

Биологическая роль водорода

Водород как отдельный элемент не обладает биологической ценностью. Для организма важны соединения, в состав которых он входит, а именно вода, белки, жиры, углеводы, витамины, биологически активные вещества (за исключением минералов) и т.д. Наибольшую ценность, конечно, представляет соединение водорода с кислородом – вода, которая фактически является средой существования всех клеток организма. Другой группой важных соединений водорода являются кислоты – их способность высвобождать ион водорода делает возможным формирование рН среды. Немаловажной функцией водорода также является его способность образовывать водородные связи, которые, например, формируют в пространстве активные формы белков и двухцепочечную структуру ДНК.

Основные пищевые источники водорода

Водород содержится практически во всех пищевых веществах, однако основное его количество попадает в организм в виде воды.

Дефицит водорода

Причины дефицита водорода

Дефицита водорода как такового не бывают, наблюдают дефицит его соединений, например, воды при ее недостаточном поступлении в организм или некомпенсированном ускоренном выведении.

Последствия дефицита водорода

Также как и в случае причин, наблюдают последствия дефицита его соединений, чаще всего воды. В этом случае наблюдают: обезвоживание, чувство жажды, снижение тургора тканей, сухость кожи и слизистых оболочек, повышение концентрации крови, артериальная гипотензия.

Избыток водорода

Избытка водорода как такового тоже не бывает, возможен избыток поступления его соединений. В этом случае наблюдают картину, характерную для конкретного соединения. Например, в случае избытка воды (гипергидратация) чаще всего наблюдают отеки.

Источник



Водород в природе (0,9% в Земной коре)

Водород

Водород (Н) очень легкий химический элемент, с содержанием в Земной коре 0,9% по массе, а в воде 11,19%.

Характеристика водорода

По легкости он первый среди газов. При нормальных условиях безвкусен, бесцветен, и абсолютно без запаха. При попадании в термосферу улетает в космос из-за малого веса.

Во всей вселенной это самый многочисленный химический элемент (75% от всей массы веществ). Настолько, что многие звезды в космическом пространстве состоят полностью из него. Например, Солнце. Его основной компонент — водород. А тепло и свет это итог выделения энергии при слиянии ядер материала. Так же в космосе есть целые облака из его молекул различной величины, плотности и температуры.

Физические свойства

физические свойства водорода

Высокая температура и давление значительно меняют его качества, но при обычных условиях он:

• обладает высокой теплопроводностью, если сравнивать с другими газами,

• нетоксичен и плохо растворим в воде,

• с плотностью 0,0899 г/л при 0°С и 1 атм.,

• превращается в жидкость при температуре -252,8°С

• становится твердым при -259,1°С.,

• удельная теплота сгорания 120,9•106 Дж/кг.

Для превращения в жидкость или твердое состояние требуются высокое давление и очень низкие температуры. В сжиженном состоянии он текуч и легок.

Химические свойства

Химические свойства водорода

Под давлением и при охлаждении (-252,87 гр. С) водород обретает жидкое состояние, которое по весу легче любого аналога. В нем он занимает меньше места, чем в газообразном виде.

Он типичный неметалл. В лабораториях его получают путем взаимодействия металлов (например, цинка или железа) с разбавленными кислотами. При обычных условиях малоактивен и вступает в реакцию только с активными неметаллами. Водород может отделять кислород из оксидов, и восстанавливать металлы из соединений. Он и его смеси образуют водородную связь с некоторыми элементами.

Читайте также:  Рисунок изображающий родную природу

Газ хорошо растворяется в этаноле и во многих металлах, особенно в палладии. Серебро его не растворяет. Водород может окисляться во время сжигания в кислороде или на воздухе, и при взаимодействии с галогенами.

Во время соединения с кислородом, образуется вода. Если температура при этом обычная, то реакция идет медленно, если выше 550°С — со взрывом (превращается в гремучий газ).

Нахождение водорода в природе

нахождение водорода в природе

Хотя водорода очень много на нашей планете, но в чистом виде его найти нелегко. Немного можно обнаружить при извержении вулканов, во время добычи нефти и в месте разложения органических веществ.

Больше половины всего количества находится в составе с водой. Так же он входит в структуру нефти, различной глины, горючих газов, животных и растений (присутствие в каждой живой клетке 50% по числу атомов).

Круговорот водорода в природе

Круговорот воды в природе

Каждый год в водоемах и почве разлагается колоссальное количество (миллиарды тонн) остатков растений и это разложение выплескивает в атмосферу огромную массу водорода. Так же он выделяется при любом брожении, вызываемом бактериями, сжигании и наравне с кислородом участвует в круговороте воды.

Области применения водорода

области применения водорода

Элемент активно используется человечеством в своей деятельности, поэтому мы научились получать его в промышленных масштабах для:

• как горючее для ракет (жидкий водород);

• электроэнергетики для охлаждения электрических генераторов;

• сварки и резки металлов.

Масса водорода используется при производстве синтетического бензина (для улучшения качества топлива низкого качества), аммиака, хлороводорода, спиртов, и других материалов. Атомная энергетика активно использует его изотопы.

Препарат «перекись водорода» широко применяют в металлургии, электронной промышленности, целлюлозно-бумажном производстве, при отбеливании льняных и хлопковых тканей, для изготовления красок для волос и косметики, полимеров и в медицине для обработки ран.

«Взрывной» характер этого газа может стать гибельным оружием — водородной бомбой. Ее взрыв сопровождается выбросом огромного количества радиоактивных веществ и губительно для всего живого.

Соприкосновение жидкого водорода и кожных покровов грозит сильным и болезненным обморожением.

Источник

Значение водорода для жизни человека и природы в целом

Для понимания значения водорода и куда он может пойти, важно знать, откуда этот газ пришел.

Чтобы понять, как возник водород, необходимо принять во внимание происхождение Вселенной, в то время как многие элементы имеют одно и то же происхождение.

значение водорода

С развитием технологий и развитием новых методов интерпретации и расширения знаний формируется более полная картина первичных событий современных теорий о Вселенной. Ученые доказали что значение водорода ключевое так как эта молекула является самой распространенной во всей Вселенной .

Во время формирования космоса и элементов, состоящих из уплотненной массы нуклонов около 16 x 10 9 лет назад точное позиционирование Земли позволило максимально создать оксид водорода – воду в жидком состоянии, которую люди считают растворителем жизни.

Растворитель жизни – вода состоит из двух атомов водорода и кислорода H2O.

Наиболее распространенным веществом на планете Земля является именно вода, которая составляет 72%.

Поэтому значение водорода имеет самую важную роль для человека в связи с его присутствием в физических и химических процессах, позволяющих существовать жизни.

Обилие водорода во Вселенной и конкретно на планете Земля в виде уникальных свойств воды и других соединений ставит это вещество ключевым благодаря неисчерпаемости, чистоте, удобству и независимости.

Производство чистого водорода в современном мире

Большая часть, порядка 2/3 потребляемой в мире энергии, производится из природного газа и нефти. Сжигание таких углеводородов для отопления и транспортировки способствует половине выбросов парниковых газов. Эти углеводороды обычно используются, хранятся и транспортируются в жидком или газообразном состоянии.

Чистый водород практически не присутствует в природе и может быть создан из нескольких возобновляемых и невозобновляемых материалов. Сегодня существует два основных способа создания этого чистого газа: электролиз и реформация углеводородов.

Понимание физических и химических свойств и значение водорода играет важную роль. Физические характеристики водорода изучены и доступны теперь во многих местах, включая энциклопедию химической технологии.

Читайте также:  Отрицательная роль птиц в природе

Молекула бесцветна, без запаха и вкуса, она примерно в 14 раз легче воздуха; ее скорость диффузии быстрее, чем у любого другого газа. Жидкое состояние происходит при -253 градусах, а твердое конденсируется при -259. Он присутствует в воде и обильно присутствует в органическом веществе. Химические свойства при обычной комнатной температуре инертны, если не активированы или не поддаются внешним агентам. С другой стороны, значение водорода в атомарном виде в высокой реакционной способности даже при комнатной температуре. Обычно известно, что при взаимодействии водорода с кислородом образуются водяной пар, голубое пламя, свет и тепловая энергия.

Некоторое из промышленных значений водорода заключается в применении в различных отраслях:

  • В пищевой промышленности для увеличения насыщенности жиров и масел.
  • В металлургии повышает температуру плавления и стойкость к окислению.
  • В электронике используется как разбавитель в эпитаксиальном кристаллическом составе.
  • В атомной промышленности используется в качестве кислородного мусорщика.

Водородная технология

Существует несколько методов сбора или получения водорода, в том числе с помощью молекул из углеводородов.

Существует два основных процесса водородной технологии: окислительные и неокислительные процессы.

Окислительная обработка происходит в присутствии окислителей, таких как пар, кислород, CO2. Это происходит при высокой температуре более 1700 градусов по Цельсию. Универсальное уравнение описывает химическое уравнение, представляющее процесс окисления углеводорода в водород.

Окислительные процессы не происходят при расщеплении связей C-H в ответ на такие энергозатраты, как тепло, плазма, излучение, электролиз воды и другие.

Производство водорода из легких углеводородов, требует наименьшее количество энергии, чем электролиз воды, который является наиболее энергоемким.

Транспортировка и хранение

Транспортировка и хранение водорода является одной из основных проблем водородной экономики.

Значение водорода, пытающегося попасть на рынок энергоресурсов, все еще очень сомнительное из-за важных критериев по стоимости и производительности. Однако цена и характеристики водородного топлива улучшаются, и этот энергоресурс будет иметь шанс.

Говоря об энергии водорода , необходимо улучшить несколько целевых показателей, а именно:

  • водородную емкость;
  • снизить стоимость;
  • увеличить долговечность;
  • изменить скорость получения;
  • улучшить качество топлива;
  • экологичность, безопасность и здоровье.

Люди знают, что сейчас существует технология, которая может совместно решать проблемы по транспортировке и хранению водорода. Однако, главные прорывы были достигнуты, что решает важную веху в этом отношении.

Когда дело доходит до бортового хранения (машина, самолет…), задачей должно быть повышение эффективности транспортного средства и способность хранить большое количество этого газа.

Из физико-химических свойств молекулы Н2 известно, что она занимает большой объем.

Новая концепция по значению водорода должна учитывать резервуар для хранения, интерфейсы с инфраструктурой наполнения, функцию безопасности, необходимую изоляцию или экранирование, температуру, контроль влажности, регуляторы, электронный контроллер, датчики, компрессоры, насосы, фильтры и т. д.. Температура играет ведущую роль при бортовой системе хранения Н2, которая колеблется от -40 до +60 градусов, добавляя к приемлемой температуру поставки. При использовании водородного топлива с температурами в диапазоне до -40 градусов или более +60 градусов это может привести к снижению производительности и деградационным потерям. Эти ограничивающие аспекты снижают значение водорода в качестве топлива, ограничивая свободу потребителей и увеличивая зависимость от погодных условий. Должен быть новый материал для хранения, легкий, способный удерживать высокое давление и объем, способный контролировать тепло и экономичный.

В случае транспортных трубопроводов этот газ выигрывает конкуренцию как наиболее эффективный вид благодаря своим экономическим аспектам. Однако диффузионные потери при транспортировке сильно влияют на продукт и остаются технической проблемой. Прогресс в развитии этой технологии передачи является важным продвижением к водородной экономике.

Получение из углеводородов

Получение водорода из угля и воды является наиболее часто используемым способом, учитывая тот факт, что электролиз является очень дорогостоящим методом получения этого чистого материала. Обилие угля в мире обеспечивает необходимую энергию для разделения воды на кислород и водород по экономически эффективной цене. Производство водорода – это хорошо зарекомендовавшая себя технология, при которой O2 или пар пропускается через уголь для получения смеси H2, CO и CO2, из которой отделяется H2.

Читайте также:  Сообщение природа океана если

С помощью ядерной энергии

Ядерная энергия при производстве водорода может быть использована при нескольких процессах: ядерного парового риформинга природного газа, электролиза воды с использованием ядерной энергии, использования теплоты и большой электроэнергии из ядерного реактора.

С помощью ветровой энергии

Использование ветровых технологий для производства водорода с помощью электролиза в настоящее время является заманчивой идеей, поскольку является возобновляемым ресурсом и не загрязняет окружающую среду. Этот тип технологии проходит стадию разработки и исследования, где сравниваются и улучшаются эффективность и экономические аспекты производства. Это исследование на данный момент относится только к мелкомасштабному производству. Применение такой технологии еще не достигло коммерческого уровня.

Новое чистое топливо

Постоянные и непрерывные усилия предпринимаются учеными на пути поиска нового чистого топлива.

Много сделано открытий и разработок в области производства, транспортировки и хранения этого чистого газа.

Значение водорода также в том, что он может предоставить человечеству необходимую энергию для выживания и прогресса в гармонии с природой. Эти усилия будут по-прежнему предприниматься на универсальном пути обеспечения устойчивости в интересах нынешнего и будущих поколений.

значения водорода

Водород был предложен в качестве топлива, которое несет в себе эти качества, чтобы противостоять двум самым большим экологическим опасностям, с которыми сталкивается человечество, а именно изменению климата и загрязнению воздуха.

Поэтому, несмотря на нынешние проблемы, с которыми сталкивается водородная технология, этот газ доказал, что он может стать катализатором сдвига наших нынешних экологических, социальных и экономических реалий в неисследованное устойчивое и более справедливое будущее сосуществования человека с природой.

Источник

Водород

Водород вместе с азотом, кислородом и углеродом входит в группу так называемых элементов-органогенов.
Именно из этих элементов в основном и состоит организм человека. Доля водорода в нем по массе достигает 10%, а по числу атомов 50% (каждый второй атом в организме – водород).
Водород и самый распространенный элемент в нашей вселенной – его доля составляет около 75% по массе и 92% по числу атомов. В отличие от кислорода, существующего как в природе, так и в организме в свободном виде, водород почти полностью находится в виде его соединений (основное соединение водорода – вода).

Биологическая роль водорода

Водород как отдельный элемент не обладает биологической ценностью. Для организма важны соединения, в состав которых он входит, а именно вода, белки, жиры, углеводы, витамины, биологически активные вещества (за исключением минералов) и т.д. Наибольшую ценность, конечно, представляет соединение водорода с кислородом – вода, которая фактически является средой существования всех клеток организма. Другой группой важных соединений водорода являются кислоты – их способность высвобождать ион водорода делает возможным формирование рН среды. Немаловажной функцией водорода также является его способность образовывать водородные связи, которые, например, формируют в пространстве активные формы белков и двухцепочечную структуру ДНК.

Основные пищевые источники водорода

Водород содержится практически во всех пищевых веществах, однако основное его количество попадает в организм в виде воды.

Дефицит водорода

Причины дефицита водорода

Дефицита водорода как такового не бывают, наблюдают дефицит его соединений, например, воды при ее недостаточном поступлении в организм или некомпенсированном ускоренном выведении.

Последствия дефицита водорода

Также как и в случае причин, наблюдают последствия дефицита его соединений, чаще всего воды. В этом случае наблюдают: обезвоживание, чувство жажды, снижение тургора тканей, сухость кожи и слизистых оболочек, повышение концентрации крови, артериальная гипотензия.

Избыток водорода

Избытка водорода как такового тоже не бывает, возможен избыток поступления его соединений. В этом случае наблюдают картину, характерную для конкретного соединения. Например, в случае избытка воды (гипергидратация) чаще всего наблюдают отеки.

Источник