Основные физико-химические свойства водорода, страница 2

Для определения условий, в которых металлический водород мог бы быть устойчивым, Вигнер и Хантингтон произвели расчеты свойств этого гипотетического вещества. Расчеты они вели, исходя из предположения, что решетка металлической модификации водорода объемноцентрированная, кубическая, поэтому ход вычисления оказался близким к ходу расчетов для щелочных металлов. Основное различие заключается в том, что в случае водорода ионным остовом является протон, поле которого строго кулоновское. Расчеты показали, что энергия сцепления для металлической           модификации        водорода должна быть равна ~45,4 кдж/моль при плотности 0,59; для молекулярной модификации она составляет ~219 кдж/г-атом  при плотности 0,087. Значительное различие значений энергии сцепления объясняет устойчивость неметаллической формы водорода. Если допустить, что сжимаемость водорода остается постоянной при изменении объема в широких пределах, то с повышением плотности от 0,087 до 0,59 энергия молекулярной формы должна возрасти по расчету всего на ~ 0,385 кдж/моль. В действительности же с уменьшением объема сжимаемость падает. Однако если бы даже сжимаемость оказалась настолько большой, что был бы возможен переход водорода из молекулярной формы в металлическую, то необходимое для этого давление составляло бы, по крайней мере, 405 тыс. бар (400 тыс. атм).

Молекулярный газообразный водород слабо растворим в воде при температуре 20⁰ С в 100 объемах воды растворяется 1,82 объема водорода, а при температуре 800 С - всего 0,85. При 200 С и давлении 101 бар (100 атм) в воде растворяется 1,785 мл/г молекулярного водорода, а при 506 бар (500 атм) и 20⁰ С 8,328 мл/г. Еще меньше растворимость водорода в водных растворах солей, кислот и оснований органических растворителях, например в спиртах, растворимость водорода в пять-шесть раз больше, чем в воде. При высоких температурах водород обладает некоторой растворимостью в стекле, фарфоре, кварце и огнеупорных материалах. По данным В. К. Кондратьева, в кварце при температуре 690⁰ С и давлении 788 мм рт. ст. может содержаться 6,0· 10^-8 г/см³ водорода, а при давлении 321 мм рт. ст. 2,48· 10^-8 г/см³ водорода.

Диффузия молекулярного газообразного водорода в кварце весьма мала и значения ее по порядку величины близки к значениям диффузии в кварце инертных газов. Параметры диффузии Н₂ в чистом кварце при температуре 200⁰ С указываются равными D₀ = (3,5-13,7) ·10^-6 см²/сек, Q = -42,3 кдж/, а диффузии гелия в кварце при 20⁰С D_О = = (33,5-7,9) . 10^-6 см²/сек и Q = 23,4 кдж/моль.

При повышенных и особенно высоких температурах имеет место термическая диссоциация молекулярного водорода по реакции

Н₂ ↔ 2Н.

Эту реакцию подробно исследовали различными методами.

Изменение константы равновесия при изменении температуры, вычисленное Жуком  по спектрографическим данным, показано в табл.1.

Таблица 1