WODÓR

Wodór w stanie wolnym występuje w niewielkich ilościach w górnych warstwach atmosfery. W stanie związanym chemicznie wodór występuje głównie w wodzie, a ponadto w związkach organicznych zawartych w węglach kopalnych, ropie naftowej, gazie ziemnym, tkankach roślinnych zwierzęcych. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE:

-     Jest gazem Bezbarwnym

-     Bez zapachu

-     Słabo rozpuszcza się w wodzie

-     Jest najlżejszym gazem i w konsekwencji najlżejszą substancją (ma najmniejszą gęstość)

-     Nie tworzy odmian alotropowych

OTRZYMYWANIE:

Laboratorium

cynk + rozcieńczony kwas siarkowy lub solny

Zn + H₂SO₄ --> ZnSO₄ + H₂                           wodór wydziela się w postaci gazowej

-     elektroliza wody:

2H₂O --> 2H₂+ O₂                                          tlen i wodór wydzielają się w postaci gazowej

 Przemysł

-     konwersja metanu.

CH4 + H₂O -->CO + 3H₂

-     przepuszczanie wody nad rozżarzonym koksem

C + H₂O --> CO + H₂

-     elektroliza wody ZASTOSOWANIE:

-     reakcje odtleniania

-     synteza amoniaku

3H₂ + N₂ -->2NH₃

-     przerób tłuszczów roślinnych (z ciekłych na stałe).

-     paliwo rakietowe WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE:

Otwiera układ okresowy pierwiastków. Jego atom ma najprostszą budowę, zawiera bowiem w jądrze jeden dodatni ładunek i ma jeden elektron, równoważący ładunek jądra.

Wodór jest niemetalem, rnało reaktywnym, zawsze jednowartościowym. W zwykłych warunkach wodór tworzy cząsteczki dwuatomowe H₂.

Wodór reaguje z wieloma pierwiastkami, tworząc wodorki. W temperaturze pokojowej reaguje samorzutnie tylko z fluorem, dając HF, natomiast synteza innych wodorków wymaga światła (np.: HC1), płomienia inicjującego reakcję (H₂O) lub katalizatora (H₂S, Ntb).

Mieszanina wodoru z tlenem w stosunku 2:1 nazywa się mieszaniną piorunującą, ponieważ jej zapalenie wywołuje gwałtowną reakcję syntezy, której towarzyszy eksplozja.

WODORKI:

EH_n (E należy do grup od 1-15)                            

wodorek sodu                                

wodorek wapnia                            

  H_nE (E należy do grup 16 i 17)

chlorowodór

siarkowodór

 wodorki metali są ciałami stałymi (białymi), a wodorki niemetali przeważnie gazami. Większość wodorków metali rozkłada się podczas ogrzewania jeszcze przed osiągnięciem temperatury topnienia. W stanie ciekłym można uzyskać wodorek litu, który przewodzi wówczas prąd elektryczny.

Mają zróżnicowane właściwości chemiczne, a ich najważniejszą cechą jest zachowanie się w stosunku do wody;

-     wodorki metali reagują z wodą, dając wodorotlenek i wodór:

NaH_(S)+ H₂0 --> NaOH + H₂

niektóre nie reagują z wodą, np.: metan

-     wodorki fluorowców i siarkowców po rozpuszczeniu w wodzie tworzą kwasy.

WYSTĘPOWANIE I ZASTOSOWANIE:

-     woda, metan, siarkowodór

-     kwas solny, chlorowodór, amoniak

IZOTOPY WODORU:

wodoru, deuteru oraz trytu (proporcje: 1 :1,5-10^-4:10^-18). Jądro deuteru składa się z protonu i neutronu, natomiast tryt posiada oprócz protonu także dwa neutrony. W roku 1973 radzieckim naukowcom udało się uzyskać metaliczny, stały wodór przy ciśnieniu 2,8 Mbar. Substancja ta wykazuje właściwości nadprzewodzące.

Deuter

Stabilny, nieradioaktywny izotop wodoru o masie atomowej 2. Oznaczany czasem symbolem O i często nazywany ciężkim wodorem. Występujący w naturze wodór zawiera około 0,02% deuteru. Woda zawierająca deuter nazywana jest ciężką wodą, a jej właściwości fizycznochemiczne różnią się od odpowiednich własności zwykłej wody. Wrze ona w temperaturze 101,42°C, a zamarza w 3,81 °C. Jej gęstość w temperaturze pokojowej jest około 10% większa od gęstości zwykłej wody. Deuter został odkryty przez zespół amerykańskich uczonych kierowanych przez Harolda Urey'a w 1932. Był on pierwszym w historii izotopem, który udało się całkowicie odizolować w czystej postaci.

Jądra deuteru (deuterony) wykorzystywane są często w fizyce atomowej jako tzw. atomowe pociski. W akceleratorach bombarduje się nimi różne pierwiastki w celu ich promieniotwórczej przemiany. Znalazł zastosowanie również jako substancja oznaczająca w biologii metabolizm. W czasie drugiej wojny światowej ciężka woda używana była jako moderator w pierwszych stosach atomowych. Później została wyparta przez inne substancje (m.in. przez grafit). Deuter jest obok trytu podstawowym składnikiem bomby wodorowej.

Tryt

Radioaktywny, nietrwały izotop wodom o masie atomowej równej 3. izotop ten samorzutnie ulega promieniotwórczej przemianie beta, której produktem są atomu helu. Połowiczny czas rozpadu wynosi około 12,26 roku. Tryt można wytwarzać wieloma rabami; min, poprzez bombardowanie związków deuteru deuteronami lub pochłonięcie neutronów przez jądra izotopu litu J). Niewielkie ilości trytu powstają w sposób naturalny w górnych warstwach atmosfery jako produkt bombardowania neutronami promieniowania kosmicznego.

Izotop ten wykorzystuje się przede wszystkim jako składnik bomb wodorowych, a także jako znacznik w naukach biologicznych.

Występowanie:

Na Ziemi wolny wodór można spotkać tylko w małych ilościach w atmosferze. Związki wodoru pełnią ważną rołę w wielu procesach chemicznych, woda i substancje organiczne są jednym z podstawowych budulców matem ożywionej. We wszechświecie jest on najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem, stanowi podstawowy budulec gwiazd. W wierzchniej warstwie skorupy ziemskiej (litosfera, hydrosfera, atmosfera) zajmuje pod względem występowania 10 miejsce (procenty wagowe).

Otrzymywanie:

Na skałę przemysłową wodór otrzymywany jest głównie z ropy naftowej, gazu ziemnego, lub dzięki rozkładowi wody w reakcji z rozżarzonym koksem. Stosuje się również metody elektrolityczne (elektroliza chlorku sodowego) lub proces rozkładu wody za pomocą energii słonecznej.

Laboratoryjnie produkuje się go w procesie elektrolizy wody, lub poprzez działanie kwasów na metale (np. cynk).

Reaktywność:

Wodór jest bardzo reaktywnym pierwiastkiem, reaguje z wieloma niemetalami. Z azotem tworzy amoniak przy obecności katalizatora, w reakcji z starką i chlorem powstaje siarko- i chlorowodór. Wraz z węglem tworzy on wielką rodzinę związków organicznych. Zmieszany z powietrzem lub tlenem daje mieszaninę, która zainicjowana iskrą lub płomieniem wybucha, tworząc wodę. Wodór wchodzi także w reakcje z metalami. Na tlenki metali działa często jako czynnik redukujący usuwając tlen i pozostawiając metal w czystej postaci.

Zastosowanie:

Duże ilości wodoru wykorzystuje się do produkcji amoniaku oraz w procesie syntezy alkoholu metylowego. Wodór jest także często stosowany do uszlachetniania różnego rodzaju paliw. Używa się go również do utwardzania tłuszczów oraz jako paliwo dla wysokotemperaturowych palników. Jako najlżejszy z gazów wykorzystywany był dawniej do wypełniania batonów. Jednakże niebezpieczeństwo wybuchu takiego balonu spowodowało wyparcie wodoru przez hel. Coraz większe nadzieje wiąże się z tym pierwiastkiem jako potencjalnym paliwem przyszłości. Będzie się je wytwarzać dzięki rozkładowi wody przy wykorzystaniu energii słonecznej. Główną wadą tego rozwiązania jest wyjątkowa wybuchowość wodoru.

Chemia NET