7. VODÍK, KYSLÍK, VODA

7. Vodík, kyslík, voda

Vodík

H2

Vodík se nachází v první skupině a první periodě- je první člen PSP a patří mezi s1 prvky. Řadíme ho mezi nekovy.

Vodík je nejrozšířenější prvek ve vesmíru (a devátý nejrozšířenější prvek na Zemi). Vyskytuje se hlavně ve formě sloučenin, na Zemi se volný vodík vyskytuje jen vzácně (sopečné plyny, zemní plyn). Je to důležitý biogenní prvek (= prvek nezbytný pro život).

Známe tři izotopy (=atomy se stejným počtem protonů, ale s různým počtem neutronů):

Stabilní izotopy: H lehký vodík (protium), který tvoří asi 99,9% všech přírodních atomů vodíku, H těžký vodík (deuterium) a radioaktivní izotop H (tritium), který se v přírode nevyskytuje.

Základní elektronovou konfiguraci má: 1s1

Stabilita: 1s2

• je to H- (aniont)

• tvoří hydrydy s s1 a s2 prvky

• důkaz vodíku elektrolýzou taveniny (Na+H-)

z 2H- vzniká H20

1s0

• je to H+ (kationt)

• reaguje s p prvky (HCl, H2O, NH3)

Chemické vlastnosti vodíku:

Je to bezbarvý plyn, bez chuti. Vodík je nejlehčí plyn. Je hořlavý a jeho směs s kyslíkem (vzduchem) je silně výbušná. Má redukční vlastnosti:

Atomy vodíku jsou za normálních podmínek nestálé. Stabilní elektronovou konfiguraci nejbližšího vzácného plynu helia (1s2) mohou získat:

1. tvorbou kovalentní vazby s jiným atomem nekovu, např. HCl, CH4 (methan)

2. tvorbou iontové vazby, při které přijme elektron s malou elektronegativitou a vznik hydrydový anion H-, např. NaH (hydryd sodný), CaH2 (hydryd vápenatý)

3. odštěpením elektronu a tvorbou kationu H+, který je nestálý a váže se ihned koordinačně kovalentní vazbou) na molekulu s volným elektronovým párem, např. NH4+,H3O+ (oxoniový ion)

Vodík polárně vázaný na F,O nebo N se může vázat se sousedními molekulami pomocí vodíkových můstků (vodíkových vazeb). Tato vazba je nejsilnější nevazebnou interakcí. Vodíkové můstky zvyšují teplotu varu a mají vliv na rozpustnost látek.

Molekulový vodík není příliš reaktivní. S většinou prvků reaguje až za vyšší teploty, po iniciaci světlem nebo za přítomnosti katalyzátoru.

Atomový vodík je mnohem reaktivnější než molekulový vodík a má silné redukční účinky.

Příprava vodíku:

1. reakce kyseliny s neušlechtilými kovy (Li,K,Ca,Na… – Beketova řada kovů- neušlechtilé kovy- vlevo od vodíku reagují s kyselinami)

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

1. elektrolýza vody (vodík se vylučuje na katodě)

2. reakce vodní páry s koksem

Výroba vodíku:

1. ze zemního plynu katalyzovanou reakcí s vodní párou (vodní plyn)

2. termickým štěpením metanu

Důkaz vodíku:

Třaskavá reakce vodíku s kyslíkem (zkumavku s vodíkem přiblížíme k plameni)

Hydrydy:

Hydrydy jsou sloučeniny vodíku. Podle charakteru vazby mezi vodíkem a jiným prvkem rozlišujeme tyto typy hydrydů:

1. Iontové hydrydy

Obsahují hydrydový anion H-. Jsou tu sloučeniny s s1 a s2 prvky. Jsou to pevné látky s iontovou krystalovou strukturou a vysokým bodem tání. Jsou to silná redukční činidla.