Глава II. Водород - основной элемент космоса

Водород как химический элемент

Атом водорода, по сравнению с другими элементами, обладает наименьшей массой. Устроен этот атом проще, чем все остальные. Ядро его состоит из одного протона, а оболочка атома - из электрона. Масса ядра Н равна 1,008 а. е. м. Известны изотопы водорода, имеющие более тяжелое ядро: дейтерий D, у которого ядро имеет массу 2, и тритий Т с массой ядра 3 (ядро трития неустойчиво). Природный водород содержит всего 0,0156 % дейтерия, содержание трития гораздо меньше - на 10¹⁷ атомов водорода приходится только один атом трития. Тяжелые изотопы водорода несколько медленнее, чем легкие, вступают в реакции. Этим свойством пользуются для получения соединений, содержащих дейтерий.

Подвергая воду длительному электролизу, можно значительно обогатить ее соединением D₂O, т. е. водой, молекула которой содержит два атома дейтерия, так как ионы дейтерия (дейтоны D⁺) медленнее, чем ионы Н+, разряжаются на катоде. Вода, содержащая вместо обычного водорода дейтерий, называется тяжелой водой - она менее активна по сравнению с обычной Н₂O.

Работа с тритием опасна и требует особых мер предосторожности, так как атомы этого изотопа постоянно испускают ?-излучение (быстрые электроны). За 12,4года первоначально взятое количество трития убывает наполовину. В природе убыль трития пополняется за счет ядерных реакций, протекающих в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. В результате таких реакций получаются нейтроны, двигающиеся с большой скоростью. Они, сталкиваясь с ядрами атомов азота, и дают тритий:

В этом уравнении химические символы означают ядра атомов, индекс слева вверху - массу ядра, n - нейтрон. Как видно, удар нейтрона о ядро азота превращает его в ядро углерода и ядро трития. В ядерных реакторах тритий получают искусственным путем и применяют для научных исследований. Дейтерий служит для этих же целей, но, кроме того, он используется на атомных электростанциях как вещество, замедляющее нейтроны.