Získajte viac informácií o vodíku

Vodík je najľahší chemický prvok vo vesmíre a je schopný viazať sa na ďalšie atómy vodíka, pričom vytvára plyn, ktorý má rôzne využitie

Vodík

Obrázok Florencia Viadana na Unsplash

Vodík je chemický prvok s najnižšou atómovou hmotnosťou (1 u) a najnižším atómovým číslom (Z = 1) zo všetkých doteraz známych prvkov. Napriek tomu, že je vodík umiestnený v prvom období rodiny IA (alkalické kovy) v periodickej tabuľke, nemá fyzikálne a chemické vlastnosti podobné prvkom tejto skupiny, a preto nie je jeho súčasťou. Všeobecne možno povedať, že vodík je najhojnejším prvkom v celom vesmíre a štvrtým najhojnejším prvkom na planéte Zem.

Vodík má jedinečné vlastnosti, to znamená, že sa nepodobá na žiadny iný chemický prvok, ktorý je ľuďom známy. Vodík sa bežne podieľa na zložení niekoľkých druhov organických a anorganických látok, ako je metán a voda. Ak nie je súčasťou chemických látok, nachádza sa výlučne v plynnej forme, ktorej vzorec je H2.

V prírodnom stave a za normálnych podmienok je vodík bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Je to molekula s veľkou schopnosťou akumulovať energiu, a preto bolo jej použitie ako obnoviteľného zdroja elektrickej a tepelnej energie široko skúmané.

Objav vodíka

V polovici 16. storočia sa Pareselsvs rozhodol uviesť niektoré kovy do reakcie s kyselinami a nakoniec získal vodík. Aj keď bol Henry Cavendish predtým testovaný, podarilo sa mu oddeliť vodík od horľavých plynov a v roku 1766 ho považoval za chemický prvok.

Nebyť kovu, tým menej ametálu, tvorí jeho zvláštnosť v periodickej tabuľke. V roku 1773, Antoine Lavoisier dal sa chemická látka komponent názov vodíka, ktorý pochádza z gréckeho hydro a gény , a generátorom prostriedky vody.

Vodík v prírode

  • Vodík je súčasťou chemického zloženia niekoľkých organických látok (bielkoviny, sacharidy, vitamíny a lipidy) a anorganických látok (kyseliny, zásady, soli a hydridy);
  • V atmosférickom vzduchu je prítomný v plynnom formáte, ktorý predstavuje molekulárna forma H2, ktorá sa vytvára kovalentnou väzbou medzi dvoma atómami vodíka;
  • Vodík tiež tvorí molekuly vody, čo je dôležitý zdroj pre život.

Zdroje vodíka

Na Zemi sa vodík nenachádza v najčistejšej forme, ale v kombinovanej forme (uhľovodíky a deriváty). Z tohto dôvodu musí byť vodík extrahovaný z niekoľkých zdrojov. Hlavné zdroje vodíka sú:

  1. Zemný plyn;
  2. Etanol;
  3. Metanol;
  4. Voda;
  5. Biomasa;
  6. Metán;
  7. Riasy a baktérie;
  8. Benzín a nafta.

Charakteristika atómového vodíka

  • Má tri izotopy (atómy s rovnakým atómovým číslom a rôznymi hmotnostnými číslami), ktorými sú protium (1H1), deutérium (1H2) a tritium (1H3);
  • Predstavuje iba elektronickú úroveň;
  • Vo svojom jadre má jediný protón;
  • Vo svojej elektronickej úrovni má iba jeden elektrón;
  • Počet neutrónov závisí od izotopu - propium (0 neutrónov), deutérium (1 neutrón) a trícium (2 neutróny);
  • Má jeden z najmenších atómových lúčov v periodickej tabuľke;
  • Má väčšiu elektronegativitu ako akýkoľvek kovový prvok;
  • Má väčší ionizačný potenciál ako ktorýkoľvek kovový prvok;
  • Je to atóm, ktorý sa môže stať katiónom (H +) alebo aniónom (H-).

Stabilita atómu vodíka sa dosiahne, keď prijme elektrón vo valenčnom obale (najvzdialenejší obal atómu). V iónových väzbách vodík interaguje výlučne s kovom a získava z neho elektrón. V kovalentných väzbách vodík zdieľa svoj elektrón s ametalom alebo sám so sebou a vytvára jednoduché väzby.

Charakteristiky molekulového vodíka (H2)

  • Pri izbovej teplote sa vždy nachádza v plynnom stave;
  • Je to horľavý plyn;
  • Jeho teplota topenia je -259,2 ° C;
  • Jeho teplota varu je -252,9 ° C;
  • Má molárnu hmotnosť 2 g / mol, čo je najľahší plyn;
  • Má sigma kovalentnú väzbu typu ss medzi dvoma zúčastnenými atómami vodíka;
  • Medzi atómami sú zdieľané dva elektróny;
  • Má lineárnu geometriu;
  • Jeho molekuly sú nepolárne;
  • Jeho molekuly interagujú pomocou indukovaných dipólových síl.

Molekulárny vodík má veľkú chemickú afinitu k niekoľkým zlúčeninám. Táto vlastnosť sa týka schopnosti jednej látky reagovať s druhou, pretože aj keď sa dve alebo viac látok dostane do kontaktu, ale nie je medzi nimi žiadna afinita, k reakcii nedôjde. Týmto spôsobom sa podieľa na reakciách, ako je hydrogenácia, spaľovanie a jednoduchá výmena.

Spôsoby získavania molekulárneho vodíka (H2)

Fyzikálna metóda

Molekulárny vodík možno získať z atmosférického vzduchu, pretože je jedným z plynov prítomných v tejto zmesi. Na tento účel je potrebné podrobiť atmosférický vzduch metóde frakčného skvapalňovania a potom frakčnej destilácii.

Chemická metóda

Molekulárny vodík sa dá získať špecifickými chemickými reakciami, ako sú:

  • Jednoduchá výmena: reakcia, pri ktorej neušľachtilý kov (Me) vytesňuje vodík prítomný v anorganickej kyseline (HX) za vzniku akejkoľvek soli (MeX) a molekulárneho vodíka (H2):
    • Ja + HX → MeX + H2
  • Hydratácia koksovateľného uhlia (vedľajší produkt minerálneho uhlia): pri tejto reakcii uhlík (C) uhlia interaguje s kyslíkom vo vode (H2O) a vytvára oxid uhoľnatý a plynný vodík:
    • C + H2O → CO + H2
  • Elektrolýza vody: keď je voda podrobená procesu elektrolýzy, tvoria sa plyny kyslíka a vodíka:
    • H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Vodíkové utility

  • Palivo pre rakety alebo automobily;
  • Oblúkové horáky (používajú elektrickú energiu) na rezanie kovov;
  • Zvary;
  • Organické syntézy, presnejšie pri hydrogenačných reakciách uhľovodíkov;
  • Organické reakcie, ktoré transformujú tuky na rastlinné oleje;
  • Výroba halogénvodíkov alebo hydrogenovaných kyselín;
  • Výroba hydridov kovov, ako je hydrid sodný (NaH).

Vodíková bomba

Vodíková bomba, H bomba alebo termonukleárna bomba je atómová bomba, ktorá má najväčší potenciál zničenia. Jeho činnosť je výsledkom procesu jadrovej fúzie, a preto ho možno nazvať aj fúzna bomba.

Výbuch vodíkovej bomby je výsledkom procesu fúzie, ktorý prebieha za veľmi vysokých teplôt, približne 10 miliónov stupňov Celzia. Výrobný proces tohto čerpadla začína spojením izotopov vodíka, ktoré sa nazývajú protium, deutérium a trícium. Kombinácia izotopov vodíka spôsobuje, že jadro atómu generuje ešte viac energie, pretože sa vytvárajú jadrá hélia, ktorých atómová hmotnosť je 4-krát väčšia ako atóm vodíka.

Ľahké jadro sa tak stáva ťažkým. Preto je proces jadrovej fúzie tisíckrát násilnejší ako štiepenie. Sila vodíkovej bomby môže dosiahnuť 10 miliónov ton dynamitu, pričom uvoľňuje rádioaktívny materiál a elektromagnetické žiarenie na oveľa vyššej úrovni ako atómové bomby.

Prvý test vodíkovej bomby, v roku 1952, uvoľnil množstvo energie zodpovedajúce asi 10 miliónom ton TNT. Za zmienku stojí, že tento typ reakcie je zdrojom energie hviezd ako je Slnko. Je zložený zo 73% vodíka, 26% hélia a 1% ďalších prvkov. Vysvetľuje to skutočnosť, že v jeho jadre prebiehajú fúzne reakcie, pri ktorých atómy vodíka fúzujú a vytvárajú atómy hélia.

Fakty o vodíku

  • Molekulárny vodík je ľahší ako vzduch a v tuhých vzducholodiach ho používal nemecký gróf Ferdinand von Zeppelin, odtiaľ pochádza aj názov vzducholodí;
  • Molekulárny vodík môžu syntetizovať niektoré baktérie a riasy;
  • Na výrobu čistej energie z paliva sa môže použiť vodík;
  • Plynný metán (CH4) je čoraz dôležitejším zdrojom vodíka.