Vodík, voda, kyslík a chalkogeny

7. VODÍK, VODA, KYSLÍK A CHALKOGENY

Vodík

• prvek 1. periody a I. A skupiny PSP (nad alkalickými kovy)

• patří mezi s-prvky, má 1 valenční elektron (1s1)

• prvek s nejmenší atomovou hmotností

• známe 3 izotopy: - 11H LEHKÝ VODÍK (protium) tvoří asi 99,9% všech přírodních atomů vodíku

12H TĚŽKÝ VODÍK (deuterium)

13H RADIOAKTIVNÍ VODÍK (tritium)

Výskyt v přírodě

• volný = dvouatomové molekuly H2 (molekulový vodík), např. v zemním plynu

• vázaný je součástí

• všech organických sloučenin, je to biogenní prvek

• anorganických sloučenin, např. vody, kyseliny, hydroxidů

Vlastnosti

• bezbarvý plyn bez chuti a bez zápachu, lehčí než vzduch

• je hořlavý a jeho směs kyslíkem (vzduchem) je silně výbušná

• vzniká reakcí kovů s kyselinami

• má redukční vlastnosti: CuO + H2 → Cu + H2O (sám se oxiduje)

• reaguje téměř se všemi prvky (kromě vzácných plynů)

• jeho dvouatomové molekuly jsou stabilní a reagují až za zvýšené teploty (nebo za přítomnosti katalyzátoru), např.

H2+ Cl2  → 2HCl

2H2+ O2  → 2H2O

3H2+ N2  → 2NH3

H2 + S → H2S

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

• vytvoří kovalentní nepolární (H2), nebo kovalentní polární (HCl) vazbu

• přijme elektron od atomu s malou elektronegativitou a vznikne ANION HYDRIDOVÝ H-, např v hydridu sodném (NaH)

• odštěpí elektron a vznikne kation H+ (proton), který se může vázat s látkou obsahující volný elektronový pár, např. H+ H2O →H3O

• je-li spojen polární vazbou s atomy prvků s vysokou elektronegativitou (F, O, N), může tvořit VODÍKOVÉ VAZBY

Příprava

1. elektrolýzou vody (vylučuje se na katodě)

2H++ 2e− → H2

1. reakcí neušlechtilých kovů s vodnými roztoky kyselin (hydroxidů), v Kippově přístroji

Zn + 2HCl  → ZnCl2 + H2O

1. reakcí alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin s vodou

2Na + 2H2O  → 2NaOH+ H2

Výroba

1. rozkladem nasycených uhlovodíků, např

• termickým štěpením methanu

CH4  → C + 2H2

• reakcí methanu s vodní párou

CH4+ H2O  → CO + 3H2O

1. reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem

C+ H2O  → CO+ H2

1. elektrolýzou vodného roztoku NaCl

Použití

• dodává se v ocelových lahvích s červeným pruhem

• slouží k vyredukování kovů z jejich sloučenin, ke sváření a tavení kovů

• v chemickém průmyslu, např k syntéze organických (metanol) i anorganických (amoniak, chlorovodík) sloučenin

• využívá se jako alternativní palivo zejména v dopravě, je považováno za palivo budoucnosti

• v minulosti ke konstrukci termonukleárních bomb, které jsou založeny na principu slučování (fúzi) vodíkových jader v helium (obdobný proces probíhá za velkých tlaků a teplo uvnitř hvězd)

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