Vodík

• z řeč. hydór = voda, gennao = tvořím
• obecně:
• Z = 1
• Ar = 1.00797
• X = 2.2
• Tt = –259.2° C
• Tv = –252.8° C
• ? = 0.08988 g?1–1 (0° C, 1 atm)
• oxidační čísla –1, 1, 0 (mlk. H2)
• elektronová konfig. 1s1
• jsou známy tři izotopy[1] vodíku:
• 1H lehký vodík (protium) – výskyt: 99.9844 %
• 2H (D) těžký vodík (deuterium) – výskyt: 0.0156 %
• 3H (T) radioaktivní tritium – výskyt: 10–15–10–16 %
• výskyt:
• nejrozšířenější prvek ve vesmíru a devátý nejrozšířenější prvek na Zemi (třetí nejrozšířenější biogenní prvek)
• volný: sopečné plyny, zemní plyn, atmosféry hvězd
• vázaný: voda, org. a anorg. sloučeniny, biogenní prvek
• vlastnosti:
• je to typický nekov, je nejlehčím plynem
• elektronegativita X = 2.2 ? tvoří vazby nepolární (H2) n. polární (HCl)
• jeho molekuly jsou tak nepatrné, že procházejí pórovitými látkami, e.g.nepolévanými porcelánovými stěnami n. stěnami pryžových hadic
• velká ionizační energie[2] 1’311 kJ?mol-1 (ve srovnání s ostatními s1-prvky (alkalické kovy) je přibližně dvojnásobná, připomíná spíše halogeny)
• tvoří vodíkové můstky s N, O, F
• za normálních podmínek je bezbarvý, bez chuti a zápachu, skládá se z dvouatomových molekul H2, ve kt. jsou atomy vázány jednoduchou nepolární kovalentní vazbou – je poměrně stabilní (vysoká hodnota vazebné energie H-H), málo reaktivní (reaguje jen za vysoké teploty n. za použití katalyzátorů) – s kyslíkem tvoří výbušnou směs
• rozštěpením vazby v molekulovém vodíku vz. atomový vodík – vodík ve stavu zrodu – velmi reaktivní, silné redukční vlastnosti, reaguje s celou radou látek již za nízkých teplot
• při slučování vodíku se může e- obal jeho atomů upravit podle nejbližšího vzácného plynu dvojím způsobem:
• odtržením e- vz. proton H+, kt. není stálý a ihned se váže na mlk. obs. volný e- pár (H3O+ – hydroxoniový kation, NH4+ – amonný kation), je nositelem kyselých vlastností kyselin
• přibráním jednoho e- získá konfiguraci He, vznikne hydridový anion H- (hydridy alkalických kovů n . zemin)

• slučuje se téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých přechodných kovů

H2 + Cl2 → 2HCl

• 3H2 + N2 › 2NH3
• má schopnost slučovat se s kyslíkem vázaným v oxidech ? redukční vlastnosti vodíku
• CuO + H2 › Cu + H2O
• laboratorní příprava:
• reakcí neušlechtilých kovů s vodnými roztoky kyselin a hydroxidů
• Zn + 2HCl › ZnCl2 + H2
• Zn + 2NaOH + 2H2O › Na2[Zn(OH)4] + H2
• reakcí s1 a s2 prvků s vodou
• 2Na + 2H2O › 2NaOH + H2
• reakcí vodní páry se železem
• 3Fe + 4H2O › Fe2O3 + 4H2
• elektrolýzou vody obs. malé množství H2SO4 n. NaOH
• průmyslová výroba:

1’200 °C

termickým rozkladem methanu

• CH4 ¦¦¦› C + 2H2

1’000 °C

reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem

• C + H2O ¦¦¦› CO + H2O (vodní plyn – z něho kapalněním a oddělením CO)

300 °C

Fe2O3 (Cr2O3)

reakce vodního plynu s vodní párou za přít. katalyzátorů při t=300°C, získá se velmi čistý vodík (používá se e.g. ke ztužování tuků)

• CO + H2 + H2O ¦¦¦¦› CO2 + 2H2
• jako vedlejší produkt při elektrolýze vodného roztoku NaCl (výroba NaOH)
• sloučeniny:
• anorg. (e.g. kyseliny, hydroxidy, hydridy), org. (e.g. uhlovodíky, jejich deriváty, přírodní látky)
• hydridy:
• binární sloučeniny vodíku
• iontové (solné) hydridy: sloučeniny vodíku s alkalickými kovy (s1 prvky) a kovy alkalických zemin (s2 prvky)
• iontová vazba = vysoké b. tání, reagují s vodou (vz. vodík), pevné látky; používají se jako mimořádně silná redukční činidla
• e.g. hydrid sodný NaH, h. vápenatý CaH2
• s vodou: H- + H2O → H2 + OH-
• vz. hydridu (jediný případ oxidačního půs. vodíku) 2Na + H2 → 2NaH
• kovalentní hydridy: sloučeniny vodíku s prvky p1 – p5
• vesměs plyny, hydridy se slabě polární kovalentní vazbou s vodou nereagují, se silně polární vazbou reagují za vz. protonu (hydroxoniového kationtu)
• e.g. fosfan PH3, diboran B2H6
• s vodou: HCl + H2O → H3O+ + Cl-
• kovové hydridy: sloučeniny vodíku s většinou přechodnými prvky
• proměnlivé složení, kovový vzhled, vodivé popř. polovodivé
• vz. pohlcováním plynného vodíku do krystalové struktury kovu
• používají se při katalytické hydrogenaci
• hydridové komplexy: obs. ionty H- vázané koordinační vazbou na ionty kovů
• užívají se jako redukční činidla při organické syntéze
• e.g. tetrahydridoboritan sodný Na[BH4], tetrahydridoboritan sodný Na[AlH4]
• voda:
• nejběžnější a nejrozšířenější sloučenina vodíku, viz. ot. 14A
• peroxid vodíku:
• ox. číslo (O2)-II peroxovazba
• vlastnosti: bezbarvá kapalina, za normální teploty se velmi pomalu rozkládá, působením někt. látek (e.g. burel MnO2, Pt, krev) se rozkládá až explozivně (H2O2 › H2O + O), rozklad zpomalují, tzv. inhibitory (e.g. H2SO4, močovina), chová se jako velmi slabá kyselina (lze od ní odvodit soli – peroxidy (BaO2, Na2O2) n. hydrogenperoxidy – významná složka mycích prášků)
• oxidační (PbS + 4H2O2 › PbSO4 + 4H2O) i redukční (Ag2O + H2O2 › 2Ag + H2O + O2) účinky
• lab. příprava: BaO2 + H2SO4 › H2O2 + BaSO4
• použití: bělící, dezinfekční prostředek, 3% roztok se užívá v lékařství
• použití:
• uchovává se v ocelových lahvích označených červeným pruhem
• redukční činidlo (získávání těžko vyredukovatel­ných kovů)
• výroba NH3, CH3OH, dusíkatých hnojiv, HNO3
• odstraňování síry z ropy
• ztužování tuků
• palivo budoucnosti „Tokamak“
• ke svařování (kyslíkovodíkový plamen t=2‘300 °C)