Właściwości wodoru

Kiedyśmy raz już otrzymamy wodór, musimy zająć się poznaniem jego własności. Wiemy już, że jest to gaz z wielu względów podobny do powietrza, przynajmniej powierzchownie, ponieważ równie jak i to ostatnie jest pozbawiony barwy, smaku i woni. Ale odróżnić go od powietrza bardzo łatwo, gdyż jest palny. Zebrawszy pewną ilość wodoru w dzwonku szklanym, wydobywamy go z wody, odwracamy otworem do góry i natychmiast zbliżamy do płomienia, lampki lub świecy. Wodór zapala się bardzo mało świecącym płomieniem i jeżeli był czysty, spala się spokojnie do końca. Gdybyśmy kran przyrządu Kappa połączyli z cienką rurką szklaną, albo lepiej platynową i u wylotu tej ostatniej zapalili uchodzący strumień gazu, to łatwiej byłoby nam zbadać niektóre własności płomienia wodoru. Najpierw więc moglibyśmy się przekonać, że wodór palić się może tylko wtedy, gdy płomień jest otoczony ze wszystkich stron powietrzem, a to za pomocą następującego prostego doświadczenia: rurkę z  płomieniem umieszczamy w dużej flaszce z odbitym dnem, która rzecz prosta jest cała wypełniona powietrzem; następnie do flaszki tej wprowadzamy inny gaz, np. dwutlenek węgla i widzimy, że jak tylko ten ostatni napełnił flaszkę, płomień wodoru gaśnie. Powietrze więc jest niezbędnym warunkiem palenia się wodoru, a jak przekonamy się później, zjawisko to jest łączeniem się tego pierwiastku z pewną częścią powietrza, a mianowicie z tlenem. Dalej moglibyśmy zobaczyć, że płomień wodoru jest gorętszy, aniżeli spirytusu albo gazu oświetlającego, bo kiedy w tych drut srebrny rozżarza się tylko, w płomieniu wodoru topi się bardzo prędko.

Jakkolwiek sam palny wodór nie podtrzymuje palenia się ciał innych. Świeczka zapalona, po wprowadzeniu do naczynia z wodorem, natychmiast gaśnie.

Wodór jest ciałem bardzo lekkim, a skutkiem tego z naczyń otwartych i zwróconych otworem ku górze bardzo szybko zostaje wyrugowany przez cięższe od siebie powietrze. Dzieje się wtedy to samo, co nastąpiłoby, gdybyśmy flaszkę z oliwą zanurzyli pod wodą-oliwa jako lżejsza spłynęłaby na powierzchnię, a jej miejsce zajęłaby woda. Chcąc dłużej utrzymać wodór w naczyniu, musimy postąpić wbrew zwykłemu porządkowi rzeczy, to jest odwrócić naczynie dnem do góry. Lekkość wodoru może być w przekonywający sposób okazana za pomocą następującego doświadczenia: talerzyk czułej wagi usuwamy i zastępujemy go dużą a cienką szklanką (zlewką), umocowaną na druciku dnem do góry; na drugi talerzyk kładziemy ciężarki aż do ustalenia zupełnej równowagi; w tej chwili zlewka jest widocznie napełniona jeszcze powietrzem, lecz skoro pod nią podprowadzimy rurkę od działającego przyrządu Kippa, to wodór wypchnie powietrze i napełni zlewkę; wtedy ramię wagi, do którego zlewka (z wodorem) jest przyczepiona wyraźnie uniesie się do góry. W prostszy jeszcze sposób o lekkości wodoru można się przekonać, wydmuchując tym gazem bańki mydlane, które szybko unoszą się do góry. Litr wodoru zważony w Paryżu (przez Regnaulta) w temp. 0 stopni i pod ciśnieniem 760 mm ważył 0,089578 grama; że zaś w tych samych warunkach litr powietrza zupełnie suchego i czystego waży 1,293187 g. prze to wodór jest lżejszy od powietrza prawie 14,5 razy.

W związku z lekkością znajduje się jeszcze jedna ciekawa własność wodoru, mianowicie zdolność do przechodzenia przez najmniejsze otwory. W ogóle ciała lotne mogą przenikać (dyfundować) przez rozmaite materie porowate, ale szybkość z jaką podobna dyfuzja się odbywa dla różnych ciał lotnych jest różna. Ściśle biorąc szybkość dyfuzji gazów jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastków kwadratowych z liczb wyrażających ich ciężary właściwe. Wodór, jako najlżejszy ze wszystkich ciał lotnych przenika tak łatwo, że umieszczając przed otworem rurki, z której wypływa kartkę papieru – po drugiej jej stronie możemy gaz zapalić, ta, jakby na swej drodze żadnej nie spotykał przeszkody. Z powodu tej własności wodór nadzwyczaj łatwo uchodzi z naczyń, w których go przechowujemy i wcale nie może być zbierany np. w workach kauczukowych, którymi niekiedy się posługują do przechowywania niektórych innych gazów. Dyfuzję wodoru można uwidocznić za pomocą następującego doświadczenia: na końcu długiej rurki szklanej znajduje się cylindryczne naczynie gliniane, jakich używamy do ogniw galwanicznych (np. Runsenowskich) szczelnie umocowane na korku przez który rurka przechodzi do wnętrza. Drugi koniec rurki znajduje się w wodzie napełniającej naczynie. Kiedy dzwonek, w którym zebraliśmy wodór nasuniemy na cylinder gliniany, wodór przenika przez ściany tego cylindra i uchodzi dołem rurki przez wodę tworząc pęcherzyki. Gdy usuniemy dzwonek wodór szybko uchodzi z cylindra w powietrze i woda podnosi się skutkiem tego w rurce.

Aż do niezbyt dawnych czasów uważano wodór za gaz trwały; to jest niedający się doprowadzić do stanu ciekłego. Dopiero w 1877 r. dwaj uczeni, pp. Pictet i Cailletet, niezależnie jeden od drugiego zwrócili uwagę na istotną przyczynę, dla której wodór (i pewna liczba innych gazów) zachowuje stan skupienia lotny pomimo poddawania ich bardzo wysokim ciśnieniom. Próby przedsiębrane poprzednio przez bardzo wielu fizyków i chemików nie uwzględniały tej mianowicie okoliczności, że wodór ciekły musi mieć punkt bezwzględnego wrzenia na wiele stopni poniżej zera i że przez to gaz wodorowy w zwykłej temp. możemy uważać za parę w wysokim stopniu przegrzaną. Nie mogąc jeszcze teraz wchodzić w szczegóły doświadczeń wymienionych powyżej uczonych, powiem tylko, że uwieńczenie swej pracy pomyślnym skutkiem zawdzięczają oni bardzo silnemu oziębieniu wodoru.

Widzieliśmy, że wodór może być otrzymany z wody, za pomocą odłączenia jakim bądź sposobem tlenu. Odwrotnie, jeżeli do wodoru przyłączamy tlen, to tworzy się woda, a ponieważ podczas palenia się wodoru w powietrzu zachodzi właśnie przyłączenie się tlenu, przez to produktem spalenia wodoru jest woda. Wodór jest ciałem łatwo palnym, to znaczy, że z tlenem chętnie się łączy na wodę, a własność ta jest w nim rozwinięta w tak wysokim stopniu, że może się łączyć nie tylko z gotowym czystym tlenem, lecz także może to ciało odbierać innym materiom. Tak np. rdza żelazna, jak już wiemy, jest związkiem żelaza z tlenem: jeżeli ją ogrzewamy w atmosferze wodoru, to tlen zostaje zabrany przez wodór skutkiem czego tworzy się woda, a żelazo wydziela się w stanie metalicznym. Zjawisko wydzielania metalu z jego rdzy, odbywające się pod wpływem wodoru, nosi nazwę redukcji czyli od tlenienia, wodór zatem jest pierwiastkiem redukującym czyli odtleniającym.

Z pozostałych własności wodoru wspomnieć jeszcze wypada, że jest on najlepszym z pomiędzy gazów przewodnikiem elektryczności, oraz, że współczynnik załamania światła ma stosunkowo bardzo znaczny, gdyż 6,2 większy niż powietrze.

Ze wszystkich poznanych własności wodoru najważniejszą dla nas na teraz będzie jego lekkość. Ona to powoduje, że wodór jest przyjęty za jednostkę do porównania ciężarów właściwych wszystkich ciał lotnych. Następstwem najmniejszego ciężaru właściwego wodoru jest to, że w jego związkach znajduje się go zawsze mniej na wagę, aniżeli innych pierwiastków. Tak np. woda, o której już wiemy, że składa się z wodoru i tlenu, ma w sobie na wagę 8 razy więcej tego ostatniego, aniżeli pierwszego; pamiętamy, że na objętość jest jednak w wodzie wodoru dwa razy więcej niż tlenu.

Co do zastosowań wodoru, to z naukowymi będziemy się spotykali na każdym kroku w całej chemii; technicznych czysty wodór ma niewiele. Próbowano nim napełniać balony, lecz okazał się niepraktycznym z powodu swego przenikania. W rzadkich przypadkach korzystają w technice z wysokiej temp. płomienia wodorowego. Mieszaniny gazowe, w których wodór jest ważną albo główną częścią składową, przeciwnie, są materiałami bardzo ważnymi. Do nich należą prawie wszystkie gazy palne, np. gaz oświetlający, gaz wodny i inne.

Odkrycie wodoru sięga 15 wieku i jest przypisywane słynnemu Paracelsusowi, lecz bliższe zbadanie tego pierwiastku było dokonano dopiero przez Cavendisha w drugiej połowie wieku XVIII.

W systematyce chemicznej wodór jest odosobniony, ponieważ nie znamy innych ciał prostych, które by z nim okazywały jednakowe podobieństwo. Przewodnictwo ciepła i elektryczności, łatwość, z jaką łączy się z niektórymi metalami na związki podobne do aliażów czyli połączeń metali między sobą, a na koniec –  to najważniejsze – całe chemiczne zachowanie się wodoru, jego funkcja chemiczna, każą nam uważać to ciało za zbliżone o metali.