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)

Mějte přehled o vysokých školách:


Nevíte, co studovat? Za 5 minut to zjistíte!    Spustit test

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)

Za správnost a původ studijních materiálů neručíme.