Struktura

Vodík

Vodík

Vodík má mezinárodní název hydrogenium, chemickou značku H, protonové číslo 1, je na prvním místě v periodické tabulce prvků, v 1. periodě, v I. A skupině (v 1. skupině). Tvoří dvouatomové molekuly.

      Obr. 1:  Molekula vodíku

 

Atomy vodíku jsou za běžných podmínek nestálé. Vytvořením chemické vazby mohou získat stabilnější elektronovou konfiguraci 1s2 :

  • vznikem kovalentní vazby (nepolární např. H2, polární např. HCl),
  • přijetím elektronu od atomu s malou elektronegativitou (vznikne hydridový anion H),
  • ztrátou elektronu - vznikne proton H+ a ten vytvoří koordinačně kovalentní vazbu s látkou s volným elektronovým párem:

H+ + H2O → H3O+

H+ + NH3 → NH4+

Vodík vázaný s kyslíkem, dusíkem a fluorem vytváří vodíkové vazby (vazby H-můstky). Díky těmto vazbám má voda H2O ve srovnání se sulfanem H2S vyšší teplotu tání a varu.

Vodík má ve sloučeninách oxidační číslo I, v hydridech –I.

Vodík tvoří tři izotopy: protium - lehký vodík 11H, deuterium - těžký vodík  21D, tritium  31T.

Vodík se v přírodě vyskytuje převážně jako lehký vodík vázaný ve vodě a v organických sloučeninách. Je to nejhojnější prvek ve vesmíru.

 

Příprava a výroba vodíku

Vodík se v laboratoři připravuje:

1. Vytěsněním z kyseliny neušlechtilým kovem:
Zn + 2 HCl → H2 + ZnCl2

2. Elektrolýzou vody, do níž přidáme kvůli zvýšení vodivosti NaOH nebo H2SO4 (vzniká velmi čistý vodík).

Na katodě probíhá redukce:
2H+ + 2e- → H2

Na anodě oxidace:

2OH – 2e- → 2OH

4OH → 2H2O + O2 

3. Rozkladem  hydridu alkalického kovu vodou:

NaH + H2O →  H2 + NaOH

4. Reakcí sodíku s vodou:

2 Na  + 2 H2O → 2 NaOH + H2

 

Průmyslově se vodík vyrábí:

1. Tepelným rozkladem methanu:
CH4 → C + 2 H2

2. Konverzí vodního plynu (směs CO + H2):

Přeháněním vodní páry přes rozžhavený koks se získá vodní plyn:
C + H2O (g) → CO + H2

Poté se provede jeho konverze – reakce vodního plynu s vodní párou za přítomnosti katalyzátorů Fe2O3 a Cr2O3:
CO + H2 + H2O (g) → CO2 + 2 H2

3. Elektrolýzou vodného roztoku chloridu sodného:
V roztoku NaCl proběhne disociace:

NaCl (aq) → Na+ + Cl

Na katodě redukce: Na+ + e → Na

2 Na + 2H2O → H2 + 2 NaOH 

Na anodě oxidace: 2 Cl – 2 e → Cl2

4. Elektrolýzou vody.

Vlastnosti vodíku

Vodík je bezbarvý plyn, bez zápachu, hořlavý, ve směsi s kyslíkem výbušný, dá se zkapalnit a při vysokém tlaku a nízké teplotě i ztužit. Má menší hustotu než vzduch.

Vodík má redukční účinky:
HgO + H2 → Hg + H2O

CuO + H2 → Cu + H2O

S většinou prvků reaguje až za zvýšené teploty:
2 H2 + O2 → H2O

H2 + Cl2 → 2 HCl

3 H2 + N2 ⇆ 2 NH3

Použití vodíku

Vodík se používá k autogennímu sváření a řezání kovů, v potravinářství ke ztužování tuků hydrogenací. V chemickém průmyslu je surovinou pro výrobu mnoha sloučenin (např. chlorovodíku a kyseliny chlorovodíkové, amoniaku, kyseliny dusičné, alkoholů, syntetického benzínu, …). Dříve se používal jako náplň do vzducholodí.

Ocelové lahve mají levotočivý závit a červený pruh.

Hydridy

Hydridy jsou dvouprvkové  (binární) sloučeniny vodíku. Rozdělují se na iontové, kovalentní s nepolární vazbou, kovalentní s polární vazbou a kovové.

Iontové hydridy jsou sloučeniny vodíku s alkalickými kovy a s kovy alkalických zemin. Obsahují hydridový anion H, je v nich iontová vazba. Jsou to pevné látky s vysokým bodem tání. Reagují s vodou:
NaH + H2O → H2 + NaOH

H + H2O → H2 + OH .

Kovalentní hydridy jsou sloučeniny vodíku s Be, Mg a p1 – p5 prvky (skupiny III. A až VII. A). Kromě H2O jsou za normálních podmínek plyny. Mají-li nepolární nebo slabě polární vazbu, nereagují s vodou. Kovalentní hydridy s polární vazbou s vodou reagují:
HCl + H2O → H3O+ + Cl

NH3 + H2O → NH4+ + OH

Kovové hydridy jsou sloučeniny vodíku s přechodnými prvky. Mají proměnlivé složení a kovový vzhled. Jsou vodivé nebo polovodivé.

 

Zdroje

  • BÁRTA, Milan. Chemické prvky kolem nás. 1. vydání. Brno: Edika, 2012. 112s. ISBN 978-80-266-0097-8.
  • BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRANOVÁ. Odmaturuj z chemie. 1.vydání. Brno: Didaktis, 2002. 208 s. ISBN 80-86285-56-1.
  • DVOŘÁČKOVÁ, Svatava. Rychlokurz chemie. 1. vydání. Olomouc: Rubico, 2000. 238 s. ISBN 80-85839-42-3.
  • FLEMR, Vratislav a Bohuslav DUŠEK. Chemie I/Obecná a anorganická. 1. vydání. Praha: SPN, 2001. 120 s. ISBN 80-7235-147-8.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie I v kostce. 1. vydání. Havlíčkův Brod: Fragment, 1996. 120 stran. ISBN 80-7200-056-X.
  • ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 1. vydání. Olomouc: FIN, 1996. 262 stran. ISBN 80-7182-003-2.

Obrázky

Obrázek

Content 788px hindenburg burning

Obr. 2: Výbuch obří vzducholodě Hindenburg 6.5.1937. Jedna z nejznámějších katastrof v oblasti letecké historie – v americkém městě Lakehurst vybuchla vzducholoď firmy Zeppelin naplněná 200 000 m3 vodíku.

Zamysli se

Najdi teploty varu vody a sulfanu. Porovnej skupenství těchto dvou látek při teplotě 20°C. Zdůvodni, proč nejsou stejná.

Obrázek

Content elektrol za

Obr. 3: Schéma elektrolýzy

Víte, že ...

... palivový článek, který využívá vodík jako palivo a kyslík jako okysličovadlo, byl použit v 60. letech v raketách Apollo jako zdroj energie? Donedávna se používal i v amerických raketoplánech. První automobilkou, která začala dodávat palivové články i do aut, je japonská Honda. Masivnímu rozšíření  brání především cena článku a nefungující infrastruktura čerpacích stanic.

Zajímavost

Možná si ani neuvědomujete, že díky vodíku si ráno mažete na chleba svou oblíbenou pochoutku. Všechny tuky, kterým říkáme ztužené, jsou původně kapalné oleje pocházející z rostlin. Působením vodíku se z nich chemickou cestou stávají pevné látky. Má to své výhody, pomaleji se kazí (žluknou), lépe se mažou na chleba. A jsou mnohem levnější než máslo!

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Výbušná směs vodíku se vzduchem

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Chemické jojo

Laboratorní cvičení

Logolink