Vodík je jednoduchá látka H2 (dihydrogen, diprotium, lehký vodík).
Stručný vodíková charakteristika:
- Nekovový.
- Bezbarvý plyn, obtížně zkapalnitelný.
- Špatně rozpustný ve vodě.
- Lépe se rozpouští v organických rozpouštědlech.
- Chemisorpce kovy: železo, nikl, platina, palladium.
- Silné redukční činidlo.
- Interaguje (při vysokých teplotách) s nekovy, kovy, oxidy kovů.
- Největší redukční schopnost má atomový vodík H0, získaný tepelným rozkladem H2.
- Izotopy vodíku:
- 1H - protium
- 2H - deuterium (D)
- 3H - tritium (T)
- Relativní molekulová hmotnost = 2,016
- Relativní hustota pevného vodíku (t=-260 °C) = 0,08667
- Relativní hustota kapalného vodíku (t=-253°C) = 0,07108
- Přetlak (č.s.) = 0,08988 g/l
- teplota tání = -259,19 °C
- bod varu = -252,87 °C
- Objemový koeficient rozpustnosti vodíku:
- (t=0 °C) = 2,15;
- (t=20 °C) = 1,82;
- (t=60 °C) = 1,60;
1. Tepelný rozklad vodíku(t=2000-3500°C):
H2↔ 2H 0
2. Interakce vodíku s nekovy:
- H2+F2 = 2HF (t=-250..+20°C)
- H 2 + Cl 2 = 2HCl (při spálení nebo vystavení světlu při pokojové teplotě):
- Cl2 = 2C10
- Cl0+H2 = HC1+H0
- H0+Cl2 = HCl+C10
- H2+Br2 = 2HBr (t=350-500 °C, platinový katalyzátor)
- H2+I2 = 2HI (t=350-500 °C, platinový katalyzátor)
- H2+02 = 2H20:
- H2+02 = 2OH 0
- OH°+H2 = H20+H0
- H0+02 = OH 0+O 0
- O°+H2 = OH°+H0
- H2+S = H2S (t=150..200 °C)
- 3H2+N2 = 2NH3 (t=500 °C, železný katalyzátor)
- 2H2+C(koks) = CH4 (t=600 °C, platinový katalyzátor)
- H2+2C(koks) = C2H2 (t=1500 až 2000 °C)
- H2+2C(koks)+N2 = 2HCN (t více než 1800 °C)
3. Interakce vodíku s komplexní látky:
- 4H2+(FeIIFe2III)04 = 3Fe+4H20 (t více než 570 °C)
- H2+Ag2S04 = 2Ag+H2S04 (t více než 200 °C)
- 4H2+2Na2S04 = Na2S + 4H20 (t = 550-600 °C, katalyzátor Fe203)
- 3H2+2BC13 = 2B+6HCl (t = 800-1200 °C)
- H2+2EuCl3 = 2EuCl2+2HCl (t = 270 °C)
- 4H2+CO2 = CH4+2H20 (t = 200 °C, katalyzátor Cu02)
- H2+CaC2 = Ca+C2H2 (t nad 2200 °C)
- H2+BaH2 = Ba(H2)2 (t až 0 °C, roztok)
4. Účast vodíku v redoxních reakcí:
- 2H 0 (Zn, zřed. HCl) + KNO 3 = KNO 2 + H 2 O
- 8H0 (Al, konc. KOH)+KNO3 = NH3+KOH+2H20
- 2H0 (Zn, zřed. HCl) + EuCl3 = 2EuCl2 + 2HCl
- 2H 0 (Al)+NaOH(konc.)+Ag2S = 2Ag↓+H20+NaHS
- 2H0 (Zn, zředěná H2S04) + C2N2 = 2HCN
Sloučeniny vodíku
D 2 - dideuterium:
- Těžký vodík.
- Bezbarvý plyn, obtížně zkapalnitelný.
- Dideutherium je obsaženo v přírodním vodíku v množství 0,012-0,016 % (hmotn.).
- V plynné směsi dideuteria a protia dochází při vysokých teplotách k výměně izotopů.
- Mírně rozpustný v běžné a těžké vodě.
- S obyčejnou vodou je výměna izotopů zanedbatelná.
- Chemické vlastnosti jsou podobné lehkému vodíku, ale dideuterium je méně reaktivní.
- Relativní molekulová hmotnost = 4,028
- Relativní hustota kapalného dideuteria (t=-253°C) = 0,17
- teplota tání = -254,5 °C
- bod varu = -249,49 °C
T2 - ditritium:
- Supertěžký vodík.
- Bezbarvý radioaktivní plyn.
- Poločas rozpadu 12,34 let.
- V přírodě vzniká ditritium v důsledku bombardování jader 14 N neutrony z kosmického záření, v přírodních vodách byly nalezeny stopy ditritia.
- Ditritium se vyrábí v jaderném reaktoru bombardováním lithia pomalými neutrony.
- Relativní molekulová hmotnost = 6,032
- teplota tání = -252,52 °C
- bod varu = -248,12 °C
HD - deuterium vodík:
- Bezbarvý plyn.
- Nerozpouští se ve vodě.
- Chemické vlastnosti podobné H2.
- Relativní molekulová hmotnost = 3,022
- Relativní hustota pevného deuteriového vodíku (t=-257°C) = 0,146
- Přetlak (č.s.) = 0,135 g/l
- teplota tání = -256,5 °C
- bod varu = -251,02 °C
Oxidy vodíku
H 2 O - voda:
- Bezbarvá kapalina.
- Podle izotopového složení kyslíku se voda skládá z H 2 16 O s nečistotami H 2 18 O a H 2 17 O
- Voda se podle izotopového složení vodíku skládá z 1 H 2 O s příměsí HDO.
- Kapalná voda podléhá protolýze (H 3 O + a OH -):
- H 3 O + (oxoniový kationt) je nejvíce silná kyselina ve vodném roztoku;
- OH - (hydroxidový iont) je nejsilnější zásadou ve vodném roztoku;
- Voda je nejslabší konjugovaný protolyt.
- S mnoha látkami tvoří voda krystalické hydráty.
- Voda je chemicky aktivní látka.
- Voda je univerzální kapalné rozpouštědlo pro anorganické sloučeniny.
- Relativní molekulová hmotnost vody = 18,02
- Relativní hustota pevné vody (led) (t=0°C) = 0,917
- Relativní hustota kapalné vody:
- (t=0 °C) = 0,999841
- (t=20 °C) = 0,998203
- (t=25 °C) = 0,997044
- (t=50 °C) = 0,97180
- (t=100 °C) = 0,95835
- hustota (n.s.) = 0,8652 g/l
- bod tání = 0 °C
- bod varu = 100°C
- Iontový produkt vody (25 °C) = 1,008-10-14
1. Tepelný rozklad vody:
2H20 ↔ 2H2+02 (nad 1000 °C)
D 2 O - oxid deuteria:
- Těžká voda.
- Bezbarvá hygroskopická kapalina.
- Viskozita je vyšší než u vody.
- Smíchá se s obyčejnou vodou v neomezeném množství.
- Izotopová výměna produkuje polotěžkou vodu HDO.
- Síla rozpouštědla je nižší než u běžné vody.
- Chemické vlastnosti oxidu deuteria jsou podobné chemickým vlastnostem vody, ale všechny reakce probíhají pomaleji.
- Těžká voda je přítomna v přírodní vodě (hmotnostní poměr k běžné vodě 1:5500).
- Oxid deuteria se získává opakovanou elektrolýzou přírodní vody, při které se těžká voda hromadí ve zbytku elektrolytu.
- Relativní molekulová hmotnost těžké vody = 20,03
- Relativní hustota kapalné těžké vody (t=11,6°C) = 1,1071
- Relativní hustota kapalné těžké vody (t=25°C) = 1,1042
- teplota tání = 3,813 °C
- bod varu = 101,43 °C
T 2 O - oxid trititý:
- Super těžká voda.
- Bezbarvá kapalina.
- Viskozita je vyšší a rozpouštěcí schopnost nižší než u běžné a těžké vody.
- Mísí se s běžnou i těžkou vodou v neomezeném množství.
- Izotopová výměna s obyčejnou a těžkou vodou vede ke vzniku HTO, DTO.
- Chemické vlastnosti supertěžké vody jsou podobné chemickým vlastnostem vody, ale všechny reakce probíhají ještě pomaleji než v těžké vodě.
- Stopy oxidu tritia se nacházejí v přírodní vodě a atmosféře.
- Supertěžká voda se získává průchodem tritia přes horký oxid měďnatý CuO.
- Relativní molekulová hmotnost supertěžké vody = 22,03
- teplota tání = 4,5 °C
Vodík je úplně první prvek v periodické tabulce chemických prvků a má atomové číslo 1 a relativní atomovou hmotnost 1,0079. Jaké jsou fyzikální vlastnosti vodíku?
Fyzikální vlastnosti vodíku
V překladu z latiny znamená vodík „zrození vody“. Již v roce 1766 anglický vědec G. Cavendish shromáždil „hořlavý vzduch“ uvolněný při působení kyselin na kovy a začal studovat jeho vlastnosti. V roce 1787 A. Lavoisier identifikoval tento „hořlavý vzduch“ jako nový chemický prvek, který je součástí vody.
Rýže. 1. A. Lavoisier.
Vodík má 2 stabilní izotopy - protium a deuterium a také jeden radioaktivní - tritium, jehož množství je na naší planetě velmi malé.
Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Slunce a většina hvězd má jako hlavní prvek vodík. Tento plyn se také nachází ve vodě, ropě a zemním plynu. Celkový obsah vodíku na Zemi je 1 %.
Rýže. 2. Vzorec vodíku.
Atom této látky obsahuje jádro a jeden elektron. Když vodík ztratí elektron, vytvoří kladně nabitý iont, což znamená, že vykazuje kovové vlastnosti. Ale atom vodíku je také schopen nejen ztratit, ale také získat elektron. V tomto je velmi podobný halogenům. Proto vodík v periodické tabulce patří do obou skupin I a VII. Výraznější jsou nekovové vlastnosti vodíku.
Molekula vodíku se skládá ze dvou atomů spojených kovalentní vazbou
Vodík při normální podmínky je bezbarvý plynný prvek, který je bez zápachu a chuti. Je 14krát lehčí než vzduch a jeho bod varu je -252,8 stupňů Celsia.
Tabulka "Fyzikální vlastnosti vodíku"
Kromě fyzikálních vlastností má vodík také řadu chemických vlastností. Vodík při zahřátí nebo pod vlivem katalyzátorů reaguje s kovy i nekovy, sírou, selenem, teluriem a může také redukovat oxidy mnoha kovů.
Výroba vodíku
Z průmyslových metod výroby vodíku (s výjimkou elektrolýzy vodných roztoků solí) je třeba poznamenat následující:
- průchod vodní páry žhavým uhlím o teplotě 1000 stupňů:
- přeměna metanu s vodní párou při teplotě 900 stupňů:
CH4+2H20=C02+4H2
Má své specifické postavení v periodické tabulce, které odráží vlastnosti, které vykazuje a vypovídá o jeho elektronické struktuře. Mezi všemi je však jeden speciální atom, který zabírá dvě buňky najednou. Nachází se ve dvou skupinách prvků, které jsou svými vlastnostmi zcela opačné. Toto je vodík. Díky těmto vlastnostem je jedinečný.
Vodík není jen prvek, ale také jednoduchá látka a také nedílná součást mnoha komplexní sloučeniny, biogenní a organogenní prvek. Podívejme se proto podrobněji na jeho vlastnosti a vlastnosti.
Vodík jako chemický prvek
Vodík je prvkem první skupiny hlavní podskupiny, stejně jako sedmé skupiny hlavní podskupiny v prvním vedlejším období. Toto období se skládá pouze ze dvou atomů: hélia a prvku, o kterém uvažujeme. Popišme hlavní rysy polohy vodíku v periodické tabulce.
- Atomové číslo vodíku je 1, počet elektronů je stejný a počet protonů je tedy stejný. Atomová hmotnost - 1,00795. Existují tři izotopy tohoto prvku s hmotnostními čísly 1, 2, 3. Vlastnosti každého z nich jsou však velmi odlišné, protože nárůst hmotnosti i o jeden u vodíku je okamžitě dvojnásobný.
- Skutečnost, že na vnějším povrchu obsahuje pouze jeden elektron, umožňuje úspěšně vykazovat jak oxidační, tak i obnovující vlastnosti. Navíc po darování elektronu zůstává u volného orbitalu, který se podílí na vzniku chemické vazby podle mechanismu donor-akceptor.
- Vodík je silné redukční činidlo. Proto je za jeho hlavní místo považována první skupina hlavní podskupiny, kde vede nejaktivnější kovy – alkálie.
- Při interakci se silnými redukčními činidly, jako jsou kovy, však může být také oxidačním činidlem, které přijímá elektron. Tyto sloučeniny se nazývají hydridy. Podle této vlastnosti vede podskupinu halogenů, se kterými je podobný.
- Díky své velmi malé atomové hmotnosti je vodík považován za nejlehčí prvek. Jeho hustota je navíc také velmi nízká, takže je také měřítkem lehkosti.
Je tedy zřejmé, že atom vodíku je zcela unikátní prvek, na rozdíl od všech ostatních prvků. V důsledku toho jsou jeho vlastnosti také zvláštní a velmi důležité jsou vytvořené jednoduché a složité látky. Zvažme je dále.
Jednoduchá hmota
Pokud o tomto prvku mluvíme jako o molekule, pak musíme říci, že je dvouatomový. To znamená, že vodík (jednoduchá látka) je plyn. Jeho empirický vzorec bude zapsán jako H2 a jeho grafický vzorec bude zapsán prostřednictvím jediného vztahu sigma H-H. Mechanismus vzniku vazby mezi atomy je kovalentní nepolární.
- Parní reformování metanu.
- Zplyňování uhlí - proces zahrnuje zahřátí uhlí na 1000 0 C, výsledkem čehož je vznik vodíku a uhlí s vysokým obsahem uhlíku.
- Elektrolýza. Tato metoda může být použita pouze pro vodné roztoky různých solí, protože taveniny nevedou k vypouštění vody na katodě.
Laboratorní metody výroby vodíku:
- Hydrolýza hydridů kovů.
- Vliv zředěných kyselin na aktivní kovy a střední aktivitu.
- Interakce alkalických kovů a kovů alkalických zemin s vodou.
Chcete-li shromáždit vyrobený vodík, musíte držet zkumavku dnem vzhůru. Tento plyn totiž nelze sbírat stejně jako například oxid uhličitý. Toto je vodík, je mnohem lehčí než vzduch. Rychle se odpařuje a ve velkém množství při smíchání se vzduchem exploduje. Proto by měla být zkumavka obrácená. Po naplnění se musí uzavřít gumovou zátkou.
Chcete-li zkontrolovat čistotu nasbíraného vodíku, měli byste ke krku přinést zapálenou zápalku. Pokud je klapání tupé a tiché, znamená to, že plyn je čistý, s minimálními nečistotami ve vzduchu. Pokud je hlasitý a píská, je špinavý, s velkým podílem cizích složek.
Oblasti použití
Při spalování vodíku se uvolňuje tolik velký počet energie (teplo), že tento plyn je považován za nejziskovější palivo. Navíc je šetrný k životnímu prostředí. Jeho použití v této oblasti je však zatím omezené. Důvodem jsou nedomyšlené a neřešené problémy syntézy čistého vodíku, který by byl vhodný pro použití jako palivo v reaktorech, motorech a přenosných zařízeních, ale i obytných topných kotlích.
Koneckonců, způsoby výroby tohoto plynu jsou poměrně drahé, takže nejprve je nutné vyvinout speciální metodu syntézy. Takový, který vám umožní získat produkt ve velkých objemech a s minimálními náklady.
Existuje několik hlavních oblastí, ve kterých se plyn, o kterém uvažujeme, používá.
- Chemické syntézy. Hydrogenace se používá k výrobě mýdel, margarínů a plastů. Za účasti vodíku jsou syntetizovány methanol a amoniak, stejně jako další sloučeniny.
- V potravinářském průmyslu - jako přísada E949.
- Letecký průmysl (raketová věda, výroba letadel).
- Elektroenergetika.
- Meteorologie.
- Ekologické palivo.
Je zřejmé, že vodík je stejně důležitý, jako je v přírodě hojný. Ještě větší roli hrají různé sloučeniny, které tvoří.
Sloučeniny vodíku
Jedná se o složité látky obsahující atomy vodíku. Existuje několik hlavních typů takových látek.
- Halogenidy vodíku. Obecný vzorec- HHal. Zvláštní význam mezi nimi je chlorovodík. Je to plyn, který se rozpouští ve vodě za vzniku roztoku kyseliny chlorovodíkové. Tato kyselina je široce používána téměř ve všech chemické syntézy. Navíc organické i anorganické. Chlorovodík je sloučenina s empirickým vzorcem HCL a je jednou z největších, které se u nás ročně vyrábí. Halogenidy také zahrnují jodovodík, fluorovodík a bromovodík. Všechny tvoří odpovídající kyseliny.
- Těkavé Téměř všechny jsou docela jedovaté plyny. Například sirovodík, metan, silan, fosfin a další. Zároveň jsou velmi hořlavé.
- Hydridy jsou sloučeniny s kovy. Patří do třídy solí.
- Hydroxidy: zásady, kyseliny a amfoterní sloučeniny. Nezbytně obsahují atomy vodíku, jeden nebo více. Příklad: NaOH, K 2, H 2 SO 4 a další.
- Hydroxid vodíku. Tato sloučenina je známější jako voda. Dalším názvem je oxid vodíku. Empirický vzorec vypadá takto - H2O.
- Peroxid vodíku. Jedná se o silné oxidační činidlo, jehož vzorec je H2O2.
- Četné organické sloučeniny: uhlovodíky, bílkoviny, tuky, lipidy, vitamíny, hormony, éterické oleje a další.
Je zřejmé, že rozmanitost sloučenin prvku, o kterém uvažujeme, je velmi velká. To to ještě jednou potvrzuje vysoká cena pro přírodu a lidi, stejně jako pro všechny živé bytosti.
- to je nejlepší rozpouštědlo
Jak bylo uvedeno výše, obecný název této látky je voda. Skládá se ze dvou atomů vodíku a jednoho kyslíku, spojených kovalentními vazbami polární vazby. Molekula vody je dipól, což vysvětluje mnoho vlastností, které vykazuje. Zejména je to univerzální rozpouštědlo.
Právě ve vodním prostředí probíhají téměř všechny chemické procesy. Vnitřní reakce metabolismu plastů a energie v živých organismech se také provádějí pomocí oxidu vodíku.
Voda je právem považována za nejvíce důležitá látka na planetě. Je známo, že bez něj nemůže žít žádný živý organismus. Na Zemi může existovat ve třech stavech agregace:
- kapalina;
- plyn (pára);
- pevný (led).
V závislosti na izotopu vodíku obsaženého v molekule se rozlišují tři typy vody.
- Světlo nebo protium. Izotop s hmotnostním číslem 1. Vzorec - H 2 O. Toto je obvyklá forma, kterou používají všechny organismy.
- Deuterium nebo těžké, jeho vzorec je D2O. Obsahuje izotop 2H.
- Super těžký nebo tritium. Vzorec vypadá jako T3O, izotop - 3H.
Zásoby čerstvé protium vody na planetě jsou velmi důležité. V mnoha zemích je ho již nyní nedostatek. Vyvíjejí se metody úpravy slané vody za účelem výroby pitné vody.
Peroxid vodíku je univerzální lék
Tato sloučenina, jak je uvedeno výše, je vynikajícím oxidačním činidlem. Se silnými představiteli se však dokáže chovat i jako restaurátor. Kromě toho má výrazný baktericidní účinek.
Dalším názvem této sloučeniny je peroxid. Právě v této podobě se používá v lékařství. 3% roztok krystalického hydrátu příslušné sloučeniny je lékařský lék, který se používá k léčbě malých ran za účelem jejich dezinfekce. Bylo však prokázáno, že se tím prodlužuje doba hojení rány.
Peroxid vodíku se také používá v raketovém palivu, v průmyslu pro dezinfekci a bělení a jako pěnidlo pro výrobu vhodných materiálů (například pěny). Kromě toho peroxid pomáhá čistit akvária, bělit vlasy a bělit zuby. Poškozuje však tkáně, proto jej odborníci pro tyto účely nedoporučují.
Když začínáme uvažovat o chemických a fyzikálních vlastnostech vodíku, je třeba poznamenat, že ve svém obvyklém stavu je tento chemický prvek v plynné formě. Bezbarvý plynný vodík je bez zápachu a chuti. Poprvé byl tento chemický prvek pojmenován vodík podle vědce A. Lavoisiera, který provedl experimenty s vodou, v důsledku čehož světová věda zjistila, že voda je vícesložková kapalina, která obsahuje vodík. K této události došlo v roce 1787, ale dlouho před tímto datem byl vodík vědcům znám pod názvem „hořlavý plyn“.
Vodík v přírodě
Vodík je podle vědců obsažen v zemské kůře a ve vodě (cca 11,2 % z celkového objemu vody). Tento plyn je součástí mnoha minerálů, které lidstvo po staletí získává z útrob země. Některé vlastnosti vodíku jsou charakteristické pro ropu, přírodní plyny a jíl a pro živočišné a rostlinné organismy. Ale ve své čisté formě, to znamená, že není kombinován s jinými chemickými prvky periodické tabulky, je tento plyn v přírodě extrémně vzácný. Tento plyn se může dostat na povrch země během sopečných erupcí. Volný vodík je v atmosféře přítomen v zanedbatelném množství.
Chemické vlastnosti vodíku
Protože Chemické vlastnosti vodík jsou heterogenní, pak tento chemický prvek patří jak do skupiny I. Mendělejevova systému, tak do skupiny VII. Jako člen první skupiny je vodík v podstatě alkalický kov, který má oxidační stav +1 ve většině sloučenin, ve kterých se nachází. Stejná valence je charakteristická pro sodík a další alkalických kovů. Díky těmto chemickým vlastnostem je vodík považován za prvek podobný těmto kovům.
Pokud mluvíme o hydridech kovů, pak vodíkový iont má zápornou valenci - jeho oxidační stav je -1. Na+H- je sestaven podle stejného schématu jako Na+Cl- chlorid. Tato skutečnost je důvodem k zařazení vodíku do VII. skupiny periodického systému. Vodík, který je ve stavu molekuly, za předpokladu, že je v běžném prostředí, je neaktivní a může se kombinovat pouze s nekovy, které jsou pro něj aktivnější. Mezi tyto kovy patří fluor v přítomnosti světla se vodík slučuje s chlorem. Pokud se vodík zahřívá, stává se aktivnějším a reaguje s mnoha prvky periodická tabulka Mendělejev.
Atomový vodík vykazuje aktivnější chemické vlastnosti než molekulární vodík. Molekuly kyslíku tvoří vodu - H2 + 1/2O2 = H2O. Při interakci vodíku s halogeny se tvoří halogenovodíky H2 + Cl2 = 2HCl a vodík vstupuje do této reakce za nepřítomnosti světla a při poměrně vysokých záporných teplotách - až -252 °C. Chemické vlastnosti vodíku umožňují jeho použití pro redukci mnoha kovů, protože vodík při jeho reakci absorbuje kyslík z oxidů kovů, například CuO + H2 = Cu + H2O. Vodík se podílí na tvorbě amoniaku interakcí s dusíkem při reakci ZH2 + N2 = 2NH3, ovšem za předpokladu použití katalyzátoru a zvýšení teploty a tlaku.
K prudké reakci dochází, když vodík reaguje se sírou v reakci H2 + S = H2S, což vede ke vzniku sirovodíku. Interakce vodíku s tellurem a selenem je o něco méně aktivní. Pokud není katalyzátor, tak reaguje s čistým uhlíkem, vodíkem pouze za podmínky, že vznikají vysoké teploty. 2H2 + C (amorfní) = CH4 (methan). Při aktivitě vodíku s některými alkalickými a jinými kovy se získávají hydridy, např. H2 + 2Li = 2LiH.
Fyzikální vlastnosti vodíku
Vodík je velmi lehká chemikálie látka. Alespoň to tvrdí vědci tento moment, neexistuje žádná lehčí látka než vodík. Jeho hmotnost je 14,4krát lehčí než vzduch, jeho hustota je 0,0899 g/l při 0°C. Při teplotách -259,1 °C je vodík schopen tání - to je velmi kritická teplota, která není typická pro přeměnu většiny chemické sloučeniny z jednoho státu do druhého. Pouze prvek, jako je helium, v tomto ohledu převyšuje fyzikální vlastnosti vodíku. Zkapalnění vodíku je obtížné, protože jeho kritická teplota je (-240 °C). Vodík je nejvíce tepelně vodivý plyn, který lidstvo zná. Všechny výše popsané vlastnosti jsou nejvýznamnější fyzikální vlastnosti vodík, které lidé používají pro specifické účely. Tyto vlastnosti jsou také nejdůležitější pro moderní vědu.
Chemické vlastnosti vodíku
Za běžných podmínek je molekulární vodík relativně málo aktivní, přímo se kombinuje pouze s nejaktivnějšími nekovy (s fluorem a na světle s chlorem). Při zahřátí však reaguje s mnoha prvky.
Vodík reaguje s jednoduchými a složitými látkami:
- Interakce vodíku s kovy vede ke vzniku komplexní látky- hydridy, v jejichž chemických vzorcích je atom kovu vždy na prvním místě:Na vysoká teplota Vodík reaguje přímo s některými kovy(alkalické, alkalické zeminy a další), tvořící běl krystalické látky- hydridy kovů (Li H, Na H, KH, CaH 2 atd.):
H2 + 2Li = 2LiH
Hydridy kovů se snadno rozkládají vodou za vzniku odpovídajících alkálií a vodíku:
Ca H2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2
- Když vodík interaguje s nekovy vznikají těkavé sloučeniny vodíku. V chemickém vzorci těkavé vodíkové sloučeniny může být atom vodíku buď na prvním nebo druhém místě, v závislosti na jeho umístění v PSHE (viz štítek na snímku):1). S kyslíkem Vodík tvoří vodu:
Video "Spalování vodíku"
2H2+02 = 2H20 + Q
Na normální teploty reakce probíhá extrémně pomalu, nad 550°C - s explozí (nazývá se směs 2 objemů H2 a 1 objemu O2 výbušný plyn)
.
Video „Exploze detonačního plynu“
Video "Příprava a výbuch výbušné směsi"
2). S halogeny Vodík tvoří halogenovodíky, například:
H2 + Cl2 = 2HCl
Vodík přitom exploduje s fluorem (i ve tmě a při -252°C), s chlorem a bromem reaguje pouze při osvětlení nebo zahřátí a s jódem pouze při zahřátí.
3). S dusíkem Vodík reaguje za vzniku amoniaku:
ZN2 + N2 = 2NH3
pouze na katalyzátoru a při zvýšených teplotách a tlacích.
4). Při zahřátí vodík prudce reaguje se sírou:
H 2 + S = H 2 S (sirovodík),
mnohem obtížnější se selenem a tellurem.
5). S čistým uhlíkem Vodík může reagovat bez katalyzátoru pouze při vysokých teplotách:
2H2 + C (amorfní) = CH4 (methan)
- Vodík podléhá substituční reakci s oxidy kovů v tomto případě se ve výrobcích tvoří voda a kov se redukuje. Vodík - má vlastnosti redukčního činidla:
Používá se vodík pro regeneraci mnoha kovů, protože odebírá kyslík z jejich oxidů:
Fe304 + 4H2 = 3Fe + 4H20 atd.
Aplikace vodíku
Video „Použití vodíku“
V současné době se vodík vyrábí v obrovském množství. Jeho velká část se používá při syntéze čpavku, hydrogenaci tuků a hydrogenaci uhlí, olejů a uhlovodíků. Kromě toho se vodík používá pro syntézu kyseliny chlorovodíkové, metylalkoholu, kyseliny kyanovodíkové, při svařování a kování kovů, jakož i při výrobě žárovek a vzácné kameny. Vodík se prodává v lahvích pod tlakem přes 150 atm. Jsou natřeny tmavě zelenou barvou a mají červený nápis „Hydrogen“.
Vodík se používá k přeměně kapalných tuků na tuhé tuky (hydrogenace) ak výrobě kapalných paliv hydrogenací uhlí a topného oleje. V metalurgii se vodík používá jako redukční činidlo pro oxidy nebo chloridy k výrobě kovů a nekovů (germanium, křemík, gallium, zirkonium, hafnium, molybden, wolfram atd.).
Praktické využití vodíku je rozmanité: obvykle se používá k plnění balónků sond, v chemickém průmyslu slouží jako surovina pro výrobu mnoha velmi důležitých produktů (čpavek atd.), v potravinářském průmyslu - k výrobě z rostlinné oleje tuhé tuky apod. Vysoká teplota (až 2600 °C) vznikající při spalování vodíku v kyslíku se využívá k tavení žáruvzdorných kovů, křemene apod. Kapalný vodík je jedním z nejúčinnějších tryskových paliv. Roční celosvětová spotřeba vodíku přesahuje 1 milion tun.
SIMULÁTORY
č. 2 Vodík
ZADÁVACÍ ÚKOLY
Úkol č. 1Napište reakční rovnice pro interakci vodíku s následujícími látkami: F 2, Ca, Al 2 O 3, oxid rtuťnatý (II), oxid wolframu (VI). Pojmenujte reakční produkty, uveďte typy reakcí.
Úkol č. 2
Proveďte transformace podle schématu:
H20 -> H2 -> H2S -> SO2
Úkol č. 3.
Vypočítejte hmotnost vody, kterou lze získat spálením 8 g vodíku?