4. MO Chemie - vodík a kyslík

4. Vodík + kyslík a jejich sloučeniny

Vodík H

• Je první člen periodické soustavy prvků, má nejjednodušší elektronovou konfiguraci 1s1

Výskyt

• vodík nejrozšířenější prvek ve vesmíru a 9. nejrozšířenější na Zemi

• vyskytuje se především ve sloučeninách (voda)

  • volný vodík se na Zemi vyskytuje vzácně (zemní plyn a sopečné plyny)

• je součástí anorganických a organických sloučenin

• BIOGENNÍ prvek

Fyzikální vlastnosti

• je to nejlehčí plyn (14x lehčí než vzduch)

• tvoří dvouatomové molekuly H2

• Vodík má 3 izotopy

1. PROTIUM - Izotop (1H)

   1. Klasický atom vodíku

   2. Tvořen jedním protonem a elektronem

2. DEUTERIUM – Izotop (2H)

   1. Tvořen jedním protonem a jedním neutronem

   2. Stabilní izotop – nepodléhá radioaktivní přeměně

   3. S kyslíkem tvoří tzv. těžkou vodu

      1. Využívá se jako moderátor v jaderné elektrárně

3. TRITIUM – Izotop (3H)

   1. Tvořeno z jednoho protonu a dvou neutronů

   2. Nestabilní izotop – poločas rozpadu 12 let

      1. tritium slouží jako jedna složka náplně termonukleární bomby

Chemické vlastnosti

• atomy vodíku jsou za normálních podmínek nestálé

• molekulový vodík není příliš reaktivní

• vodík polárně vázaný na F, O nebo N se může vázat se sousedními molekulami pomocí vodíkových můstků

• výbušný ve směsi se vzduchem

Reakce:

• molekulový vodík není příliš reaktivní, ALE atomový je reaktivní a má silné redukční účinky

• s většinou prvků reaguje až za vyšších teplot, po iniciaci světlem nebo za přítomnosti katalyzátoru

Výroba:

1. reakcí neušlechtilých kovů s vodnými roztoky kyselin a hydroxidů

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Zn + 2NaOH + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + H2

1. reakcí s1 a s2 prvků s vodou

2Na + 2H2O 2NaOH + H2

1. termickým rozkladem methanu (zemního plynu) při 1000 °C.

CH4 → C + 2 H2

Sloučeniny:

• Anorganické

  • kyseliny, hydroxidy, hydridy

• Organické

  • Uhlovodíky a jejich deriváty

1. HYDRIDY

• binární sloučeniny vodíku

• dělíme na: kovalentní (např. CH4, PH3) a iontové (např. NaH, HCl) + kovové

  • dle rozdílu elektronegativit vodíku a druhého prvku.

IONTOVÉ (SOLNÉ) HYDRIDY:

• sloučeniny vodíku s alkalickými kovy (s1 prvky) a kovy alkalických zemin (s2 prvky)

• hydridy s-prvků

  • H-I (např.: LiH (LiIH-I) - hydrid lithný

• iontová vazba

  • vysoké body tání

  • reagují s vodou (vznikne vodík)

  • používají se jako mimořádně silná redukční činidla

Příprava:

• přímou reakcí vodíku s alkalickými kovy nebo kovy alkalických zemin

2 Na + H2 → 2 NaH – hydrid sodný

Ca + H2 → CaH2 – hydrid vápenatý

Zástupci:

• Hydrid sodný NaH

  • bílá krystalická látka

  • vysoká teplota tání a varu

  • jako velmi silné redukční činidlo

• Hydrid vápenatý CaH2

  • je bílá krystalická látka

  • vysoká teplota tání a var

  • velmi silné redukční činidlo

KOVALENTNÍ HYDRIDY

• sloučeniny vodíku s prvky p1 – p5

• vesměs plyny

• H-I ­/ H+I

Vazby:

• Pevnost a teplotní stálost klesá s rostoucím atomovým číslem

• ALE zleva doprava ROSTE

  • BH3 boran

  • AlH3 alan

  • SiH4 silan