Номер 7, страница 74 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 15. Водород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 7, страница 74.

7. Подготовьте сообщение по одной из тем:

а) «Водород на Земле и в космосе»;

б) «Использование водорода в воздухоплавании: победы и трагедии».

а) «Водород на Земле и в космосе»

Водород (H) — первый элемент периодической таблицы Менделеева, обладающий простейшим строением атома. Это самый легкий и самый распространенный химический элемент во Вселенной. Однако его присутствие и роль на Земле и в космосе кардинально различаются.

Водород в космосе

Во Вселенной водород является абсолютным доминантом, составляя около 75% всей барионной массы. Он — основное «топливо» для звезд и строительный материал для галактик.

1. Звезды и термоядерный синтез: Звезды, включая наше Солнце, состоят преимущественно из водорода. В их недрах при колоссальных температурах и давлении протекают реакции термоядерного синтеза, в ходе которых ядра водорода сливаются, образуя гелий. Этот процесс, например, протон-протонный цикл, описываемый суммарной реакцией $4^1H \rightarrow ^4He + 2e^+ + 2\nu_e$, высвобождает огромное количество энергии, заставляя звезды светить миллиарды лет.

2. Межзвездная среда: Пространство между звездами заполнено разреженным газом и пылью, где водород существует в разных формах: атомарный (H), ионизированный ($H^+$, протоны) в горячих туманностях и молекулярный ($H_2$) в холодных гигантских молекулярных облаках. Именно в таких облаках из молекулярного водорода рождаются новые звезды и планетные системы. Радиоастрономы изучают структуру нашей и других галактик, регистрируя знаменитое излучение атомарного водорода на длине волны 21 см.

3. Планеты-гиганты: Крупнейшие планеты Солнечной системы, такие как Юпитер и Сатурн, по большей части состоят из водорода и гелия, напоминая по составу звезды.

Водород на Земле

На нашей планете ситуация иная. В свободном виде водород ($H_2$) встречается крайне редко. Будучи очень легким газом, он не удерживается гравитационным полем Земли и улетучивается в космос. Его содержание в атмосфере ничтожно — около 0,00005% по объему.

1. Связанное состояние: Главное «хранилище» водорода на Земле — это его химические соединения. Важнейшее из них — вода ($H_2O$), которая покрывает более 70% поверхности планеты и является основой жизни. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

2. Органические вещества: Водород — неотъемлемый компонент всех органических молекул, составляющих живые организмы: белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Он также входит в состав природных ископаемых топлив — нефти, природного газа и угля.

3. Промышленное получение: Для нужд промышленности (производство аммиака, маргарина, в металлургии и как ракетное топливо) водород получают искусственно. Основные методы — паровая конверсия метана ($CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2$) и электролиз воды ($2H_2O \xrightarrow{ток} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$).

Таким образом, если в космосе водород — это свободный, доминирующий элемент, определяющий жизнь звезд, то на Земле он «спрятан» в химических соединениях, прежде всего в воде, и играет ключевую роль в биологических и геологических процессах.

Ответ: Водород является самым распространенным элементом во Вселенной (около 75% массы), служа основным топливом для звезд и строительным материалом для галактик. Он существует в космосе в виде атомов, ионов и молекул. На Земле свободный водород практически отсутствует из-за его легкости, но он широко распространен в составе соединений, главным из которых является вода ($H_2O$), а также во всех органических веществах и ископаемом топливе.

б) «Использование водорода в воздухоплавании: победы и трагедии»

История использования водорода в воздухоплавании — это драматическая повесть о великих триумфах человеческой мысли и сокрушительных трагедиях, которые изменили ход развития авиации.

Победы: Эра воздушных гигантов

В конце XVIII века ученые обнаружили, что водород значительно легче воздуха. Это свойство открыло человечеству путь в небо. 1 декабря 1783 года французский физик Жак Шарль вместе с Николя-Луи Робером совершил первый в истории свободный полет на аэростате, наполненном водородом. Этот день стал рождением воздухоплавания.

«Золотым веком» водородной аэронавтики стала первая треть XX века, ознаменовавшаяся появлением дирижаблей — управляемых аэростатов с жестким каркасом. Вершиной инженерной мысли стали немецкие цеппелины. Эти гигантские сигарообразные корабли, наполненные сотнями тысяч кубометров водорода, казались чудом техники. Они были способны перевозить десятки пассажиров и тонны груза на тысячи километров.

Самым знаменитым из них был дирижабль «Граф Цеппелин» (LZ 127). За 9 лет службы он совершил 590 полетов, включая первое в истории кругосветное путешествие по воздуху и регулярные трансатлантические рейсы. Пассажиры путешествовали в условиях роскоши, наслаждаясь видами с высоты птичьего полета. Водород подарил миру быстрый и комфортный способ пересекать океаны.

Трагедии: Огненная стихия

Однако у водорода был один роковой недостаток — чрезвычайная горючесть и взрывоопасность в смеси с кислородом воздуха. Реакция горения водорода ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$) протекает с выделением огромного количества тепла. Любая искра — от разряда статического электричества, молнии или неисправности в двигателе — могла привести к катастрофе.

История дирижаблей полна трагедий: британский R38, американский «Акрон», французский «Диксмёйд» — все они потерпели крушение, унеся десятки жизней. Но событием, которое поставило точку в эпохе водородных дирижаблей, стала катастрофа «Гинденбурга».

6 мая 1937 года флагман немецкого воздухоплавания, роскошный дирижабль «Гинденбург» (LZ 129), при заходе на посадку на авиабазе Лейкхерст в США внезапно вспыхнул и за полминуты сгорел дотла на глазах у сотен людей и десятков кинокамер. Погибли 36 человек. Шокирующие кадры горящего гиганта облетели весь мир и стали символом ненадежности и опасности водородных летательных аппаратов.

После этой трагедии доверие к водородным дирижаблям было безвозвратно утеряно. Их место в небе заняли самолеты, а в воздухоплавании стали использовать инертный, негорючий, но гораздо более редкий и дорогой гелий. Так, из-за своего «огненного нрава», водород, поднявший человека в небо, был изгнан из него, оставив после себя память о великих победах и ужасающих трагедиях.

Ответ: Использование водорода в воздухоплавании началось с триумфальных полетов первых аэростатов в XVIII веке и достигло пика в эпоху гигантских дирижаблей, таких как «Граф Цеппелин», которые совершали регулярные межконтинентальные рейсы. Однако победы были омрачены трагедиями, вызванными крайней горючестью водорода. Катастрофа дирижабля «Гинденбург» в 1937 году положила конец коммерческому использованию водорода в качестве несущего газа, уступив место более безопасному, но дорогому гелию.