12. Vodík, kyslík

12. VODÍK, KYSLÍK

VODÍK
• latinsky hydrogenium
• prvek I. A skupiny 1. periody
• nepatří mezi alkalické kovy, má velmi odlišné vlastnosti
• nekov
• patří mezi s - prvky
• ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE: 1s1; nejjednodušší ze všech prvků periodické soustavy
• ELEKTRONEGATIVITA: 2,2
• má jeden elektron a jednu elektronovou vrstvu
• nejrozšířenější prvek ve vesmíru, 3. nejrozšířenější prvek na Zemi
• dodává se v ocelových lahvích s červeným pruhem
• izotopy vodíku:

LEHKÝ VODÍK / PROTIUM •

TĚŽKÝ VODÍK / DEUTERIUM •

RADIOAKTIVNÍ VODÍK / TRITIUM •

VÝSKYT
• volný: dvouatomové molekuly H2 (nepolární jednoduchá vazba); např. v zemním plynu
• vázaný: v organických sloučeninách: biogenní prvek
v anorganických sloučeninách: voda, kyseliny, hydroxidy

VLASTNOSTI
• za normálních podmínek bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu
• 14x lehčí než vzduch
• za normálních podmínek má nejmenší hustotu ze všech plynů
• je hořlavý (hoří bezbarvým plynem) a jeho směs s kyslíkem (vzduchem) je silně výbušná
( = třaskavý plyn):

2H2 + O2 2H2O

• má redukční vlastnosti (sám sebe oxiduje):

CuIIO + H20 Cu0 + H2IO

• reaguje téměř se všemi prvky (kromě vzácných plynů), jeho dvouatomové molekuly jsou stabilní a reagují až za zvýšené teploty nebo přítomnosti katalyzátoru

H2 + Cl2 2HCl

H2 + S H2S

3H2 + N2 2NH3

• atomy vodíku získávají stabilnější elektronovou konfiguraci 1s2 těmito způsoby:

a) vytváří kovalentní nepolární (H2) nebo kovalentní polární (HCl) vazbu
b) příjme elektron od atomu s malou elektronegativitou a vznikne hydridový anion H-,
např. NaH - hydrid sodný (iontové hydridy)
c) odštěpení 1 elektronu za vzniku H+ - není schopen samostatné existence (váže se na sloučeninu, která má nevazebný elektronový pár, např. voda, amoniak)

• je-li spojen polární vazbou s prvky s vysokou elektronegativitou (F, O, N) může tvořit vodíkové můstky
• důkaz vodíku: zkumavku s připraveným vodíkem (pokud je dnem dolů) musíme uzavřít palcem (protože vodík je lehčí než vzduch), důkaz vodíku provádíme přiblížením zkumavky k plameni a následnou třaskavou reakcí vodíku s kyslíkem

PŘÍPRAVA
ELEKTROLÝZA VODY
• vylučuje se na katodě

2H2O 2H2 + O2

REAKCÍ NEUŠLECHTILÝCH KOVŮ S VODNÝM ROZTOKEM KYSELIN / HYDROXIDŮ

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

REAKCÍ ALKALICKÝCH KOVŮ NEBO KOVŮ ALKALICKÝCH ZEMIN S VODOU

2Na + 2H2O 2NaOH + H2

VÝROBA
ROZKLADEM NASYCENÝCH UHLOVODÍKŮ

a) pyrolýza = termickým štěpením methanu (t = 1200°C)

CH4 C + 2H2

b) reakcí methanu s vodní parou (t = 800°C)

CH4 + H2O CO + 3H2

REAKCÍ VODNÍ PÁRY S ROZŽHAVENÝM KOKSEM (t = 1000°C)

C + H2O CO + H2

ELEKTROLÝZOU VODNÉHO ROZTOKU NaCl

VYUŽITÍ
• slouží k vyredukování kovů z jejich sloučenin (metalurgie), ke sváření (kyslíko - vodíkový plamen) a tavení kovů
• v chemickém průmyslu, např. k syntéze organických (methanol) i anorganických (amoniak, chlorovodík) sloučenin
• využívá se jako alternativní palivo zejména v dopravě (autobus na vodíkový pohon)
• kapalný vodík se používá jako pohon raketových motorů
• v minulosti se využíval ke konstrukci termonukleárních bomb, které jsou založeny na principu slučování (fúzi) vodíkových jader v heliu (obdobný process probíhá za velkých tlaků a teplot uvnitř hvězd)
• ztužování tuků (katalytická hydrogenace)