Vodík H je najbežnejším prvkom vo vesmíre (asi 75 % hmotnosti) a na Zemi je deviatym najrozšírenejším prvkom. Najdôležitejšou prírodnou zlúčeninou vodíka je voda.
Vodík je na prvom mieste v periodickej tabuľke (Z = 1). Má najjednoduchšiu atómovú štruktúru: jadro atómu je 1 protón, obklopené elektrónovým oblakom pozostávajúcim z 1 elektrónu.
Za určitých podmienok sa prejavuje vodík kovové vlastnosti(daruje elektrón), v iných - nekovové (prijíma elektrón).
Izotopy vodíka nachádzajúce sa v prírode sú: 1H - protium (jadro pozostáva z jedného protónu), 2H - deutérium (D - jadro sa skladá z jedného protónu a jedného neutrónu), 3H - trícium (T - jadro sa skladá z jedného protónu a dvoch neutróny).

Jednoduchá látka vodík

Molekula vodíka pozostáva z dvoch atómov spojených kovalentnou nepolárnou väzbou.
Fyzikálne vlastnosti. Vodík je bezfarebný, netoxický plyn bez chuti a zápachu. Molekula vodíka nie je polárna. Preto sú sily medzimolekulovej interakcie v plynnom vodíku malé. To sa prejavuje v nízke teploty varu (-252,6 0С) a topenia (-259,2 0С).
Vodík je ľahší ako vzduch, D (vzduchom) = 0,069; mierne rozpustný vo vode (2 objemy H2 sa rozpustia v 100 objemoch H2O). Preto sa vodík, keď sa vyrába v laboratóriu, môže zbierať metódami vytláčania vzduchu alebo vody.

Výroba vodíka

V laboratóriu:

1. Vplyv zriedených kyselín na kovy:
Zn+2HCl -> ZnCl2+H2

2. Interakcia medzi alkalickými a kovy s vodou:
Ca +2H20 -> Ca(OH)2+H2

3. Hydrolýza hydridov: hydridy kovov sa vodou ľahko rozložia za vzniku zodpovedajúcej alkálie a vodíka:
NaH + H20 -> NaOH + H2
CaH2 + 2H20 = Ca(OH)2 + 2H2

4. Vplyv alkálií na zinok alebo hliník alebo kremík:
2Al +2NaOH +6H20 -> 2Na +3H 2
Zn + 2KOH + 2H20 -> K2 + H2
Si + 2NaOH + H20 → Na2Si03 + 2H2

5. Elektrolýza vody. Na zvýšenie elektrickej vodivosti vody sa do vody pridáva elektrolyt, napríklad NaOH, H2SO4 alebo Na2S04. Na katóde sa tvoria 2 objemy vodíka a na anóde 1 objem kyslíka.
2H20 -> 2H2+02

Priemyselná výroba vodíka

1. Konverzia metánu parou, Ni 800 °C (najlacnejšia):
CH4 + H20 → CO + 3 H2
CO + H20 → CO2 + H2

Spolu:
CH4 + 2 H20 -> 4 H2 + C02

2. Vodná para cez horúci koks pri 1000 o C:
C + H20 → CO + H2
CO + H20 → CO2 + H2

Vzniknutý oxid uhoľnatý (IV) je absorbovaný vodou a týmto spôsobom vzniká 50 % priemyselného vodíka.

3. Zahriatím metánu na 350 °C v prítomnosti železného alebo niklového katalyzátora:
CH4 -> C + 2H 2

4. Elektrolýza vodných roztokov KCl alebo NaCl ako vedľajší produkt:
2H20 + 2NaCl -> Cl2 + H2 + 2NaOH

Chemické vlastnosti vodíka

  • V zlúčeninách je vodík vždy monovalentný. Vyznačuje sa oxidačným stavom +1, ale v hydridoch kovov sa rovná -1.
  • Molekula vodíka pozostáva z dvoch atómov. Vznik spojenia medzi nimi sa vysvetľuje vytvorením zovšeobecneného páru elektrónov H:H alebo H 2
  • Vďaka tomuto zovšeobecneniu elektrónov je molekula H2 energeticky stabilnejšia ako jej jednotlivé atómy. Na rozbitie 1 molu molekúl vodíka na atómy je potrebné vynaložiť 436 kJ energie: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
  • To vysvetľuje relatívne nízku aktivitu molekulárneho vodíka pri bežných teplotách.
  • S mnohými nekovmi tvorí vodík plynné zlúčeniny ako RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Vytvára halogenovodíky s halogénmi:
H2 + Cl2 -> 2HCl.
Zároveň exploduje s fluórom, s chlórom a brómom reaguje len pri osvetlení alebo zahriatí a s jódom iba pri zahriatí.

2) S kyslíkom:
2H2 + 02 -> 2H20
s uvoľňovaním tepla. Pri normálnych teplotách prebieha reakcia pomaly, nad 550°C exploduje. Zmes 2 objemov H 2 a 1 objemu O 2 sa nazýva detonačný plyn.

3) Pri zahrievaní prudko reaguje so sírou (oveľa ťažšie so selénom a telúrom):
H 2 + S → H 2 S (sírovodík),

4) S dusíkom s tvorbou amoniaku len na katalyzátore a pri zvýšených teplotách a tlakoch:
ZN2 + N2 -> 2NH3

5) S uhlíkom pri vysokých teplotách:
2H2 + C → CH4 (metán)

6) Vytvára hydridy s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín (vodík je oxidačné činidlo):
H2 + 2Li -> 2LiH
v hydridoch kovov je vodíkový ión negatívne nabitý (oxidačný stav -1), to znamená hydrid Na + H - vytvorený podobne ako chlorid Na + Cl -

S komplexnými látkami:

7) S oxidmi kovov (používané na redukciu kovov):
CuO + H2 -> Cu + H20
Fe304 + 4H2 -> 3Fe + 4H20

8) s oxidom uhoľnatým (II):
CO + 2H2 -> CH30H
Syntéza – plyn (zmes vodíka a oxidu uhoľnatého) má veľký praktický význam, pretože v závislosti od teploty, tlaku a katalyzátora vznikajú rôzne Organické zlúčeniny, napríklad HCHO, CH3OH a iné.

9) Nenasýtené uhľovodíky reagujú s vodíkom a stávajú sa nasýtenými:
CnH2n + H2 -> CnH2n+2.


Najbežnejším chemickým prvkom vo vesmíre je vodík. Toto je druh referenčného bodu, pretože v periodickej tabuľke sa jeho atómové číslo rovná jednej. Ľudstvo dúfa, že sa o ňom ako o jednom z najmožnejších vozidiel v budúcnosti môže dozvedieť viac. Vodík je najjednoduchší, najľahší, najbežnejší prvok, je ho všade veľa – sedemdesiatpäť percent celkovej hmotnosti hmoty. Je prítomný v každej hviezde, najmä v plynných obroch. Jeho úloha pri fúznych reakciách hviezd je kľúčová. Bez vodíka nie je voda, čo znamená, že neexistuje život. Každý si pamätá, že molekula vody obsahuje jeden atóm kyslíka a dva atómy v nej sú vodík. Toto je dobre známy vzorec H20.

Ako to používame

Vodík objavil v roku 1766 Henry Cavendish pri analýze oxidačnej reakcie kovu. Po niekoľkých rokoch pozorovaní si uvedomil, že pri spaľovaní vodíka vzniká voda. Predtým vedci tento prvok izolovali, ale nepovažovali ho za nezávislý. V roku 1783 dostal vodík názov vodík (v preklade z gréckeho „hydro“ – voda a „gen“ – porodiť). Prvok, ktorý produkuje vodu, je vodík. Ide o plyn, ktorého molekulový vzorec je H2. Ak je teplota blízka izbovej teplote a tlak je normálny, tento prvok je nepostrehnuteľný. Vodík sa nemusí ani zachytiť ľudské orgány zmysly - je bez chuti, bez farby a bez zápachu. Ale pod tlakom a pri teplote -252,87 C (veľmi chladno!) tento plyn skvapalňuje. Takto sa skladuje, keďže vo forme plynu zaberá veľa viac priestoru. Kvapalný vodík sa používa ako raketové palivo.

Vodík sa môže stať pevným, kovovým, ale na to je potrebný ultravysoký tlak a presne to teraz robia najvýznamnejší vedci – fyzici a chemici. Už teraz tento prvok slúži ako alternatívne palivo pre dopravu. Jeho aplikácia je podobná tomu, ako funguje motor vnútorné spaľovanie: Pri spaľovaní vodíka sa uvoľňuje veľké množstvo jeho chemickej energie. Prakticky bol vyvinutý aj spôsob vytvorenia palivového článku na jeho základe: pri spojení s kyslíkom dochádza k reakcii, vďaka ktorej vzniká voda a elektrina. Možno sa čoskoro doprava „prepne“ z benzínu na vodík - veľa výrobcov automobilov má záujem o vytváranie alternatívnych horľavých materiálov a sú tu úspechy. Ale čisto vodíkový motor je stále v budúcnosti, je tu veľa ťažkostí. Výhody sú však také, že vytvorenie palivovej nádrže s pevným vodíkom je v plnom prúde a vedci a inžinieri sa nechystajú ustúpiť.

Základné informácie

Hydrogenium (lat.) - vodík, prvé poradové číslo v periodickej tabuľke, je označené H. Atóm vodíka má hmotnosť 1,0079, je to plyn, ktorý za normálnych podmienok nemá chuť, vôňu, farbu. Chemici už od šestnásteho storočia opisujú určitý horľavý plyn a označujú ho rôznymi spôsobmi. Ale fungovalo to pre všetkých za rovnakých podmienok - keď bol kov vystavený kyseline. Vodík, dokonca aj samotný Cavendish, bol dlhé roky jednoducho nazývaný „horľavým vzduchom“. Až v roku 1783 Lavoisier dokázal syntézou a analýzou, že voda má zložité zloženie, a o štyri roky neskôr ju dal „horľavému vzduchu“ moderný názov. Koreň tohto zložené slovo sa široko používa, keď je potrebné pomenovať zlúčeniny vodíka a akékoľvek procesy, na ktorých sa podieľa. Napríklad hydrogenácia, hydrid a podobne. A Ruské meno navrhol v roku 1824 M. Solovjov.

V prírode sa distribúcia tohto prvku nerovná. V litosfére a hydrosfére zemskej kôry je jeho hmotnosť jedno percento, ale atómy vodíka až šestnásť percent. Voda je na Zemi najrozšírenejšia a 11,19 % hmotnosti z nej tvorí vodík. Je tiež určite prítomný takmer vo všetkých zlúčeninách, ktoré tvoria ropu, uhlie, všetky zemné plyny a íl. Vo všetkých organizmoch rastlín a živočíchov je vodík - v zložení bielkovín, tukov, nukleových kyselín, uhľohydrátov atď. Voľný stav nie je typický pre vodík a takmer vôbec sa nevyskytuje – v prírodných a vulkanických plynoch je ho veľmi málo. Veľmi zanedbateľné množstvo vodíka v atmosfére je 0,0001% z počtu atómov. Ale celé prúdy protónov predstavujú vodík v blízkozemskom priestore, ktorý tvorí vnútorný radiačný pás našej planéty.

Priestor

Žiadny prvok nie je vo vesmíre taký bežný ako vodík. Objem vodíka v prvkoch Slnka je viac ako polovica jeho hmotnosti. Väčšina hviezd produkuje vodík vo forme plazmy. Prevažná časť rôznych plynov hmlovín a medzihviezdneho prostredia tiež pozostáva z vodíka. Je prítomný v kométach a v atmosfére mnohých planét. Prirodzene, nie vo svojej čistej forme - niekedy ako voľný H2, niekedy ako metán CH4, niekedy ako amoniak NH3, dokonca ako voda H2O Veľmi rozšírené sú radikály CH, NH, SiN, OH, PH a podobne. Ako prúd protónov je vodík súčasťou korpuskulárneho slnečného žiarenia a kozmického žiarenia.

V bežnom vodíku je zmesou dvoch stabilných izotopov ľahký vodík (alebo protium 1H) a ťažký vodík (alebo deutérium - 2H alebo D). Existujú aj iné izotopy: rádioaktívne trícium - 3H alebo T, inak - superťažký vodík. A tiež veľmi nestabilné 4 N. V prírode obsahuje vodíková zlúčenina izotopy v nasledovných pomeroch: na jeden atóm deutéria pripadá 6800 atómov protia. Trícium vzniká v atmosfére z dusíka, na ktorý vplývajú neutróny z kozmického žiarenia, no v zanedbateľnom množstve. Čo znamenajú čísla hmotnosti izotopov? Číslo označuje, že jadro protia má iba jeden protón, zatiaľ čo deutérium má v atómovom jadre nielen protón, ale aj neutrón. Trícium vo svojom jadre už má dva neutróny na každý protón. Ale 4H obsahuje tri neutróny na protón. Preto sú fyzikálne a chemické vlastnosti izotopov vodíka v porovnaní s izotopmi všetkých ostatných prvkov veľmi odlišné – rozdiel v hmotnosti je príliš veľký.

Štruktúra a fyzikálne vlastnosti

Štruktúra atómu vodíka je v porovnaní so všetkými ostatnými prvkami najjednoduchšia: jedno jadro - jeden elektrón. Ionizačný potenciál - energia väzby jadra na elektrón - 13,595 elektrónvoltov (eV). Práve kvôli jednoduchosti tejto štruktúry je atóm vodíka vhodný ako model v kvantovej mechanike, keď je potrebné vypočítať energetické hladiny zložitejších atómov. V molekule H2 sú dva atómy, ktoré sú spojené chemickou kovalentnou väzbou. Energia rozpadu je veľmi vysoká. Atómový vodík môže vzniknúť v chemické reakcie ako je zinok a kyselina chlorovodíková. K interakcii s vodíkom však prakticky nedochádza – atómový stav vodíka je veľmi krátky, atómy sa okamžite rekombinujú na molekuly H 2 .

Z fyzikálneho hľadiska je vodík ľahší ako všetky známe látky – viac ako štrnásťkrát ľahší ako vzduch (spomeňte si na balóny odlietajúce na dovolenke – majú v sebe vodík). Môže však vrieť, skvapalňovať, topiť sa, tuhnúť a iba hélium vrie a topí sa pri nižších teplotách. Je ťažké skvapalniť, potrebujete teplotu pod -240 stupňov Celzia. Má však veľmi vysokú tepelnú vodivosť. Je takmer nerozpustný vo vode, ale dobre interaguje s vodíkom kovov - rozpúšťa sa takmer vo všetkých, najlepšie v paládiu (jeden objem vodíka zaberá osemstopäťdesiat objemov). Kvapalný vodík je ľahký a tekutý a po rozpustení v kovoch často ničí zliatiny v dôsledku interakcie s uhlíkom (napríklad oceľ), dochádza k difúzii a dekarbonizácii.

Chemické vlastnosti

V zlúčeninách má vodík väčšinou oxidačný stav (valenciu) +1, ako sodík a iné alkalické kovy. Považuje sa za ich analóg, ktorý stojí na čele prvej skupiny periodického systému. Ale vodíkový ión v hydridoch kovov je negatívne nabitý s oxidačným stavom -1. Tento prvok je tiež blízky halogénom, ktoré sú dokonca schopné nahradiť ho v organických zlúčeninách. To znamená, že vodík možno priradiť aj siedmej skupine periodického systému. Za normálnych podmienok sa molekuly vodíka nelíšia v aktivite, kombinujú sa iba s najaktívnejšími nekovmi: dobré s fluórom a ak sú ľahké - s chlórom. Ale pri zahriatí sa vodík mení - reaguje s mnohými prvkami. Atómový vodík je v porovnaní s molekulárnym vodíkom veľmi chemicky aktívny, takže v spojení s kyslíkom vzniká voda a súčasne sa uvoľňuje energia a teplo. Pri izbovej teplote je táto reakcia veľmi pomalá, ale pri zahriatí nad päťstopäťdesiat stupňov dochádza k výbuchu.

Vodík sa používa na redukciu kovov, pretože odstraňuje kyslík z ich oxidov. S fluórom tvorí vodík výbuch aj v tme a pri mínus dvestopäťdesiatdva stupňoch Celzia. Chlór a bróm excitujú vodík iba pri zahrievaní alebo osvetlení a jód iba pri zahrievaní. Vodík a dusík tvoria čpavok (takto sa vyrába väčšina hnojív). Pri zahrievaní veľmi aktívne reaguje so sírou a získava sa sírovodík. S telúrom a selénom je ťažké vyvolať vodíkovú reakciu, ale s čistým uhlíkom prebieha reakcia pri veľmi vysokých teplotách a získava sa metán. Vodík tvorí s oxidom uhoľnatým rôzne organické zlúčeniny, ovplyvňuje to tlak, teplota, katalyzátory a to všetko má veľký praktický význam. Vo všeobecnosti je úloha vodíka, ako aj jeho zlúčenín, mimoriadne dôležitá, pretože protickým kyselinám dáva kyslé vlastnosti. Vodíková väzba sa vytvára s mnohými prvkami, ktoré ovplyvňujú vlastnosti anorganických aj organických zlúčenín.

Príjem a použitie

Vodík sa v priemyselnom meradle vyrába zo zemných plynov – horľavých plynov, koksárenského plynu a plynov z rafinácie ropy. Dá sa vyrobiť aj elektrolýzou, kde elektrina nie je príliš drahá. Najdôležitejším spôsobom výroby vodíka je však katalytická interakcia uhľovodíkov, väčšinou metánu, s vodnou parou, kde dochádza ku konverzii. Široko používaný je aj spôsob oxidácie uhľovodíkov kyslíkom. Výroba vodíka z zemný plyn je najlacnejší spôsob. Ďalšie dve sú využitie koksárenského plynu a rafinérskeho plynu – vodík sa uvoľňuje pri skvapalnení zvyšných zložiek. Ľahšie sa skvapalňujú a na vodík, ako si pamätáme, potrebujete -252 stupňov.

Peroxid vodíka je veľmi populárny. Liečba týmto roztokom sa používa veľmi často. Je nepravdepodobné, že by molekulárny vzorec H 2 O 2 pomenovali všetky tie milióny ľudí, ktorí chcú byť blondínkami a zosvetliť si vlasy, ako aj tí, ktorí milujú čistotu v kuchyni. Dokonca aj tí, ktorí ošetrujú škrabance získané z hry s mačiatkom, si najčastejšie neuvedomujú, že používajú vodíkovú liečbu. Ale každý pozná históriu: od roku 1852 vodík na dlhú dobu používané v letectve. Vzducholoď, ktorú vynašiel Henry Giffard, bola vytvorená na báze vodíka. Nazývali sa zeppelínmi. Zeppelíny vyhnal z neba rýchly rozvoj výroby lietadiel. V roku 1937 došlo k veľkej nehode, keď zhorela vzducholoď Hindenburg. Po tomto incidente sa zepelíny už nikdy nepoužili. Ale na konci osemnásteho storočia sa rozšírilo balóny, naplnený vodíkom, bol všadeprítomný. Okrem výroby čpavku je teraz vodík potrebný na výrobu metylalkoholu a iných alkoholov, benzínu, hydrogenovaných kvapalín ťažkých palív a tuhých palív. Bez vodíka sa nezaobídete pri zváraní, pri rezaní kovov – môže to byť kyslíkovo-vodíkový a atómovo-vodíkový. A trícium a deutérium dávajú život jadrová energia. Ako si pamätáme, sú to izotopy vodíka.

Neumyvakin

Vodík ako chemický prvok tak dobrý, že si nemohol pomôcť a nemal svojich fanúšikov. Ivan Pavlovič Neumyvakin je doktor lekárskych vied, profesor, laureát štátnej ceny a má medzi nimi mnoho ďalších titulov a ocenení. Ako doktor tradičnej medicíny je vyhlásený za najlepšieho ľudového liečiteľa v Rusku. Bol to on, kto vyvinul mnoho metód a princípov poskytovania zdravotná starostlivosť astronautom počas letu. Práve on vytvoril unikátnu nemocnicu – nemocnicu na palube vesmírnej lode. Zároveň bol štátnym koordinátorom pre kozmetickú medicínu. Vesmír a kozmetika. Jeho vášeň pre vodík nie je zameraná na zarábanie veľkých peňazí, ako je to teraz v domácej medicíne, ale naopak, na to, aby naučil ľudí, ako vyliečiť čokoľvek doslova za cent, bez ďalšej návštevy lekárne.

Propaguje liečbu liekom, ktorý je prítomný doslova v každej domácnosti. Toto je peroxid vodíka. Neumyvakina môžete kritizovať, koľko chcete, stále bude trvať na svojom: áno, skutočne, doslova všetko sa dá vyliečiť peroxidom vodíka, pretože nasýti vnútorné bunky tela kyslíkom, ničí toxíny, normalizuje kyseliny a zásady. rovnováha, a odtiaľ sa regenerujú tkanivá, celé telo je omladený organizmus. Nikto ešte nevidel nikoho vyliečeného peroxidom vodíka, tým menej ho skúmal, ale Neumyvakin tvrdí, že použitím tohto lieku sa môžete úplne zbaviť vírusových, bakteriálnych a plesňových ochorení, zabrániť rozvoju nádorov a aterosklerózy, poraziť depresiu, omladiť telo a nikdy neochoriete na ARVI a prechladnutie.

Panacea

Ivan Pavlovič je presvedčený, že správnym používaním tejto jednoduchej drogy a dodržiavaním všetkých jednoduchých pokynov môžete prekonať mnohé choroby, vrátane veľmi závažných. Zoznam je obrovský: od periodontálneho ochorenia a tonzilitídy až po infarkt myokardu, mŕtvice a cukrovka. Takéto maličkosti, ako je sinusitída alebo osteochondróza, zmiznú z prvých liečebných sedení. Dokonca aj rakovinové nádory sú vystrašené a utekajú pred peroxidom vodíka, pretože sa stimuluje imunitný systém, aktivuje sa život tela a jeho obranyschopnosť.

Dokonca aj deti sa dajú liečiť týmto spôsobom, ibaže pre tehotné ženy je zatiaľ lepšie zdržať sa konzumácie peroxidu vodíka. Táto metóda sa tiež neodporúča ľuďom s transplantáciou orgánov z dôvodu možnej tkanivovej inkompatibility. Dávkovanie sa musí prísne dodržiavať: od jednej kvapky po desať, pričom sa pridáva každý deň. Trikrát denne (tridsať kvapiek trojpercentného roztoku peroxidu vodíka denne, wow!) pol hodiny pred jedlom. Roztok sa môže podávať intravenózne a pod lekárskym dohľadom. Niekedy sa peroxid vodíka kombinuje s inými liekmi pre účinnejší účinok. Roztok sa užíva vnútorne len v zriedenej forme – s čistou vodou.

Vonkajšie

Ešte predtým, ako profesor Neumyvakin vytvoril svoju metódu, boli obklady a výplachy veľmi obľúbené. Každý vie, že rovnako ako liehové obklady, ani peroxid vodíka nie je možné použiť v čistej forme, pretože spôsobí popáleniny tkaniva, ale bradavice či plesňové infekcie sa lokálne mažú silným roztokom – až pätnásť percent.

Pri kožných vyrážkach a bolestiach hlavy sa robia aj postupy, ktoré zahŕňajú peroxid vodíka. Kompresia by mala byť vyrobená pomocou bavlnenej tkaniny namočenej v roztoku dvoch čajových lyžičiek trojpercentného peroxidu vodíka a päťdesiatich miligramov čistej vody. Tkaninu zakryte fóliou a zabaľte ju vlnou alebo uterákom. Kompresia trvá od štvrť hodiny do hodiny a pol ráno a večer až do zotavenia.

Názor lekárov

Názory sú rozdelené, nie každý je potešený vlastnosťami peroxidu vodíka, navyše im nielen neverí, ale smejú sa im. Medzi lekármi sú aj takí, ktorí Neumyvakina podporovali a dokonca začali rozvíjať jeho teóriu, no je ich menšina. Väčšina lekárov považuje tento typ liečby nielen za neúčinný, ale často aj za katastrofálny.

Zatiaľ totiž neexistuje jediný oficiálne dokázaný prípad, kedy by sa pacient vyliečil peroxidom vodíka. Zároveň neexistujú žiadne informácie o zhoršení zdravotného stavu v súvislosti s používaním tejto metódy. Ale drahocenný čas je stratený a človek, ktorý dostal jednu z vážnych chorôb a úplne sa spolieha na Neumyvakinov všeliek, riskuje, že bude neskoro začať svoju skutočnú tradičnú liečbu.

Vodík(lat. hydrogenium), H, chemický prvok, prvý podľa poradového čísla v periodickom systéme Mendelejeva; atómová hmotnosť 1,00797. Za normálnych podmienok je V. plyn; nemá farbu, vôňu ani chuť.

Historický odkaz. V dielach chemikov 16. a 17. stor. Opakovane sa spomínalo uvoľňovanie horľavého plynu pri pôsobení kyselín na kovy. V roku 1766 Cavendish zbierali a študovali uvoľnený plyn a nazvali ho „horľavým vzduchom“. Byť zástancom teórie flogistón Cavendish veril, že tento plyn je čistý flogistón. V roku 1783 A. Lavoisier rozborom a syntézou vody dokázal zložitosť jej zloženia a v roku 1787 identifikoval „horľavý vzduch“ ako nový chemický prvok (V.) a dal mu moderný názov hydroge ne (z gréckeho h y d o r - voda a genn a o - rodím), čo znamená „rodiť do vody“; tento koreň sa používa v názvoch V. zlúčenín a procesov s jeho účasťou (napríklad hydridy, hydrogenácia). Moderné ruské meno "V." navrhol M. F. Solovyov v roku 1824.

Prevalencia v prírode . V. je v prírode rozšírený, jeho obsah v zemská kôra(litosféra a hydrosféra) je 1 % hmotnosti a 16 % počtu atómov. V. je súčasťou najbežnejšej látky na Zemi - vody (11,19 % hmotnosti V.), v zložení zlúčenín, ktoré tvoria uhlie, ropa, zemné plyny, íly, ako aj živočíšne a rastlinné organizmy (t.j. v zložení bielkoviny, nukleové kyseliny, tuky, sacharidy atď.). Vo voľnom stave je V. mimoriadne vzácny, v malom množstve sa nachádza vo vulkanických a iných zemných plynoch. V atmosfére sú prítomné malé množstvá voľného vodíka (0,0001 % podľa počtu atómov). V blízkozemskom priestore tvorí energia vo forme toku protónov vnútorný („protón“) Radiačný pás Zeme. Vo vesmíre je V. najbežnejším prvkom. Ako plazma tvorí asi polovicu hmotnosti Slnka a väčšiny hviezd, väčšinu plynov medzihviezdneho média a plynných hmlovín. V. je prítomný v atmosfére mnohých planét a v kométach vo forme voľného h 2, metánu ch 4, amoniaku nh 3, vody h 2 o, radikálov ako ch, nh, oh, sih, ph atď. . Vo forme toku protónov je energia súčasťou korpuskulárneho žiarenia Slnka a kozmického žiarenia.

Izotopy, atóm a molekula. Obyčajný V. pozostáva zo zmesi dvoch stabilných izotopov: ľahkého V., alebo protium (1 h), a ťažkého V., príp. deutérium(2 h alebo d). V prírodných zlúčeninách je v priemere 6800 atómov 1 h na 1 atóm 2 h. Umelo sa získava rádioaktívny izotop – superťažký V., príp trícium(3 h, alebo T), s mäkkým?-žiarením a polčasom rozpadu t 1/2= 12,262 rokov. V prírode vzniká trícium napríklad zo vzdušného dusíka pod vplyvom neutrónov kozmického žiarenia; v atmosfére je zanedbateľne malý (4 · 10 -15 % z celkového počtu atómov V). Získal sa extrémne nestabilný izotop 4 h. Hmotnostné čísla izotopov 1 h, 2 h, 3 h a 4 h, respektíve 1, 2, 3 a 4, naznačujú, že jadro atómu protia obsahuje iba 1 protón, deutérium - 1 protón a 1 neutrón, trícium - 1 protón a 2 neutróny, 4 h - 1 protón a 3 neutróny. Veľký rozdiel v hmotnostiach izotopov V. určuje výraznejší rozdiel v ich fyzikálnych a chemických vlastnostiach ako v prípade izotopov iných prvkov.

Atóm V. má spomedzi atómov zo všetkých ostatných prvkov najjednoduchšiu štruktúru: skladá sa z jadra a jedného elektrónu. Väzbová energia elektrónu s jadrom (ionizačný potenciál) je 13,595 ev. Neutrálny atóm môže tiež pridať druhý elektrón, čím sa vytvorí záporný ión H-; v tomto prípade je väzbová energia druhého elektrónu s neutrálnym atómom (elektrónová afinita) 0,78 ev. Kvantová mechanika umožňuje vypočítať všetky možné energetické hladiny atómu V., a preto poskytnúť jeho úplnú interpretáciu atómové spektrum. V. atóm sa používa ako modelový atóm v kvantovomechanických výpočtoch energetické hladiny iné, zložitejšie atómy. Molekula B. h 2 pozostáva z dvoch atómov spojených kovalentne chemická väzba. Disociačná energia (t.j. rozpad na atómy) je 4,776 ev(1 ev= 1,60210 10 -19 j). Medziatómová vzdialenosť v rovnovážnej polohe jadier je 0,7414 a. Pri vysokých teplotách molekulárny vodík disociuje na atómy (stupeň disociácie pri 2000°C je 0,0013, pri 5000°C 0,95). Atómový vodík vzniká aj pri rôznych chemických reakciách (napríklad pôsobením zn na kyselinu chlorovodíkovú). Existencia V. v atómovom stave však trvá len krátky čas, atómy sa rekombinujú do h 2 molekúl.

Fyzické a Chemické vlastnosti . V. je najľahšia zo všetkých známych látok (14,4-krát ľahšia ako vzduch), hustota 0,0899 g/l pri 0°C a 1 bankomat. Hélium vrie (skvapalňuje) a topí sa (tuhne) pri -252,6 °C a -259,1 °C (iba hélium má nižšie teploty topenia a varu). Kritická teplota vody je veľmi nízka (-240°C), takže jej skvapalňovanie je spojené s veľkými ťažkosťami; kritický tlak 12.8 kgf/cm 2 (12,8 bankomat), kritická hustota 0,0312 g/cm 3. Zo všetkých plynov má V. najväčšiu tepelnú vodivosť, rovnú pri 0°C a 1 bankomat 0,174 Ut/(m· TO), t.j. 4,16 0 -4 cal/(s· cm· °C). Špecifické teplo V. pri 0 °C a 1 bankomatS p 14 208 10 3 j/(kg· TO), t.j. 3,394 cal/(G· °C). V. je slabo rozpustný vo vode (0,0182 ml/g pri 20°C a 1 bankomat), ale dobré - v mnohých kovoch (ni, pt, pd atď.), najmä v paládiu (850 objemov na 1 objem pd). Rozpustnosť V. v kovoch súvisí s jeho schopnosťou difundovať cez ne; difúzia cez uhlíkovú zliatinu (napríklad oceľ) je niekedy sprevádzaná deštrukciou zliatiny v dôsledku interakcie uhlíka s uhlíkom (tzv. dekarbonizácia). Kvapalina V. je veľmi ľahká (hustota pri -253 °C 0,0708 g/cm 3) a kvapalina (viskozita pri -253 °C 13.8 spoise).

Vo väčšine zlúčenín V. vykazuje valenciu (presnejšie oxidačný stav) +1, ako sodík a iné alkalických kovov; zvyčajne sa považuje za analóg týchto kovov, čo vedie 1 gram. Mendelejevov systém. Avšak v hydridoch kovov je ión B negatívne nabitý (oxidačný stav -1), t.j. hydrid na + h - je vytvorený podobne ako chlorid na + cl -. Tieto a niektoré ďalšie skutočnosti (podobnosť fyzikálnych vlastností V. a halogénov, schopnosť halogénov nahradiť V. v organických zlúčeninách) dávajú dôvod zaradiť V. aj do skupiny VII. periodická tabuľka. Za normálnych podmienok je molekulová V. relatívne málo aktívna, priamo sa kombinuje len s najaktívnejšími nekovmi (s fluórom a na svetle s chlórom). Pri zahrievaní však reaguje s mnohými prvkami. Atomic V. má zvýšenú chemickú aktivitu v porovnaní s molekul. S kyslíkom V. tvorí vodu: h 2 + 1 / 2 o 2 = h 2 o s uvoľňovaním 285,937 10 3 J/mol, t.j. 68,3174 kcal/mol zahrievať (pri 25°C a 1 bankomat). Pri normálnych teplotách prebieha reakcia extrémne pomaly, nad 550°C exploduje. Medze výbušnosti zmesi vodík-kyslík sú (objemovo) od 4 do 94% h2 a zmesi vodík-vzduch - od 4 do 74% h2 (zmes 2 objemov h2 a 1 objemového dielu O2 sa nazýva výbušný plyn). V. sa používa na redukciu mnohých kovov, pretože odstraňuje kyslík z ich oxidov:

cuo + H2 = cu + h2o,

fe 3 o 4 + 4h 2 = 3fe + 4h 2 o atď.

S halogénmi tvorí V. halogenovodík, napr.

h2 + cl2 = 2hcl.

V. zároveň exploduje s fluórom (aj v tme a pri -252°C), s chlórom a brómom reaguje len pri osvetlení alebo zahriatí a s jódom iba pri zahriatí. V. reaguje s dusíkom za vzniku amoniaku: 3h 2 + n 2 = 2nh 3 len na katalyzátore a pri zvýšených teplotách a tlakoch. Pri zahrievaní V. prudko reaguje so sírou: h 2 + s = h 2 s (sírovodík), oveľa ťažšie so selénom a telúrom. V. môže reagovať s čistým uhlíkom bez katalyzátora len pri vysokých teplotách: 2h 2 + C (amorfný) = ch 4 (metán). V. priamo reaguje s niektorými kovmi (alkálie, alkalické zeminy a pod.), pričom vznikajú hydridy: h 2 + 2li = 2lih. Veľký praktický význam majú reakcie vodíka s oxidom uhoľnatým, pri ktorých vznikajú rôzne organické zlúčeniny v závislosti od teploty, tlaku a katalyzátora, napríklad hcho, ch 3 oh a pod.. Nenasýtené uhľovodíky reagujú s vodíkom a menia sa na nasýtené, napríklad:

cnh2n + h2 = cnh2n +2.

Úloha V. a jej zlúčenín v chémii je mimoriadne veľká. V. určuje kyslé vlastnosti takzvaných protických kyselín. V. má tendenciu vytvárať s niektorými prvkami tzv vodíková väzba, ktorý má rozhodujúci vplyv na vlastnosti mnohých organických a anorganických zlúčenín.

Potvrdenie . Hlavné druhy surovín pre priemyselnú výrobu V. - prírodné horľavé plyny, koksárenský plyn(cm. Chémia koksu) A plyny na rafináciu ropy, ako aj produkty splyňovania tuhých a kvapalných palív (hlavne uhlia). V. sa získava aj z voda elektrolýza (v miestach s lacnou elektrinou). Najdôležitejšie metódy výroby vodíka zo zemného plynu sú katalytická interakcia uhľovodíkov, najmä metánu, s vodnou parou (konverzia): ch 4 + h 2 o = co + 3h 2 a neúplná oxidácia uhľovodíkov kyslíkom: ch 4 + 1/2 o2 = ko + 2h2. Výsledný oxid uhoľnatý tiež podlieha konverzii: co + h 2 o = co 2 + h 2. V., ťažený zo zemného plynu, je najlacnejší. Veľmi rozšírený spôsob výroby energie je z vody a parovo-vzduchových plynov získaných splyňovaním uhlia. Proces je založený na premene oxidu uhoľnatého. Vodný plyn obsahuje až 50 % h 2 a 40 % ko; v plyne para-vzduch je okrem h 2 a ko významné množstvo n 2, ktoré sa spolu so vzniknutým V. využíva na syntézu nh 3. V. sa izoluje z koksárenského plynu a plynov z rafinácie ropy odstránením zvyšných zložiek plynnej zmesi, ktoré sa pri hlbokom ochladzovaní ľahšie skvapalňujú ako V. Vykonáva sa elektrolýza vody DC, prechádzajúc cez roztok koh alebo naoh (kyseliny sa nepoužívajú, aby sa zabránilo korózii oceľových zariadení). V laboratóriách sa V. získava elektrolýzou vody, ako aj reakciou medzi zinkom a kyselina chlorovodíková. Častejšie však používajú hotové továrenské V. vo valcoch.

Aplikácia . V. sa začali v priemyselnom meradle vyrábať koncom 18. storočia. na plnenie balónov. V súčasnosti je V. široko používaný v chemickom priemysle, hlavne na výrobu amoniak. Hlavným konzumentom alkoholu je aj výroba metylalkoholu a iných alkoholov, syntetického benzínu (syntínu) a ďalších produktov získaných syntézou z alkoholu a oxidu uhoľnatého. V. sa používa na hydrogenáciu tuhých a ťažkých kvapalných palív, tukov a pod., na syntézu hCl, na hydrorafináciu ropných produktov, pri zváraní a rezaní kovov kyslíkovo-vodíkovým plameňom (teplota do 2800° C) a v atómové vodíkové zváranie(až do 4000 °C). Izotopy vodíka, deutéria a trícia našli veľmi dôležité uplatnenie v jadrovej energetike.

Lit.: Nekrasov B.V., Kurz všeobecnej chémie, 14. vydanie, M., 1962; Remi G., Kurz anorganickej chémie, prekl. z nemčiny, zväzok 1, M., 1963; Egorov A.P., Shereshevsky D.I., Shmanenkov I.V., Všeobecná chemická technológia anorganických látok, 4. vydanie, M., 1964; Všeobecná chemická technológia. Ed. S. I. Volfkovich, zväzok 1, M., 1952; Lebedev V.V., Vodík, jeho výroba a využitie, M., 1958; Nalbandyan A. B., Voevodsky V. V., Mechanizmus oxidácie a spaľovania vodíka, M. - L., 1949; Stručná chemická encyklopédia, zväzok 1, M., 1961, s. 619-24.

Stroj bez výfukové plyny. Ide o Mirai od Toyoty. Auto jazdí na vodíkové palivo.

Z výfukového potrubia vychádza len ohriaty vzduch a vodná para. Auto budúcnosti už jazdí po cestách, hoci má problémy s tankovaním.

Aj keď vzhľadom na množstvo vodíka vo vesmíre by takýto problém nemal byť.

Svet pozostáva z troch štvrtín hmoty. Takže vaše sériové číslo vodíkový prvok odôvodňuje. Dnes je mu všetka pozornosť.

Vlastnosti vodíka

Byť prvým prvkom vodík vzniká prvá látka. Toto je voda. Jeho vzorec je známy ako H20.

Zapnuté Grécke meno vodík sa píše ako hidrogenium, kde hidro je voda a genium má generovať.

Neboli to však Gréci, ktorí dali prvku meno, ale francúzsky prírodovedec Laurent Lavoisier. Pred ním vodík skúmali Henry Cavendish, Nicola Lemery a Theophrastus Paracelsus.

Ten druhý v skutočnosti opustil vedu s prvou zmienkou o prvej látke. Nahrávka pochádza zo 16. storočia. K akým záverom vedci dospeli vodík?

Charakteristika prvku- dualita. Atóm vodíka má iba 1 elektrón. V množstve reakcií ho látka dáva preč.

Toto je správanie typického kovu z prvej skupiny. Vodík je však schopný dokončiť svoj obal, nie rozdať, ale prijať 1 elektrón.

V tomto prípade sa 1. prvok správa ako halogény. Nachádzajú sa v 17. skupine periodickej tabuľky a sú náchylné na tvorbu.

V ktorom z nich možno nájsť vodík? Napríklad v hydrosulfide. Jeho vzorec: - NaHS.

Táto zlúčenina prvku vodíka je založená na . Ako je vidieť, atómy vodíka sú z nej len čiastočne vytlačené sodíkom.

Mať iba jeden elektrón a schopnosť vzdať sa ho premení atóm vodíka na protón. V jadre je tiež len jedna častica s kladným nábojom.

Relatívna hmotnosť protón s elektrónom sa rovná 2-um. Indikátor je 14-krát menší ako indikátor vzduchu. Bez elektrónu je hmota ešte ľahšia.

Záver, že vodík je plyn, naznačuje sám seba. Ale prvok má aj tekutú formu. K skvapalneniu dochádza pri teplote -252,8 stupňov Celzia.

Vďaka svojej malej veľkosti chemický prvok vodík má schopnosť prenikať cez iné látky.

Ak teda vzduch nenafúkate héliom alebo obyčajným vzduchom, ale čistým prvkom č. 1, vyfúkne sa za pár dní.

Častice plynu ľahko prejdú do pórov. Vodík prechádza aj do niektorých kovov, napríklad a.

Látka, ktorá sa hromadí v ich štruktúre, sa pri zvyšovaní teploty vyparuje.

Predsa vodík je zahrnutý vo vode sa zle rozpúšťa. Nie nadarmo sa prvok v laboratóriách izoluje vytláčaním vlhkosti. Ako priemyselníci extrahujú prvú látku? Tomu budeme venovať ďalšiu kapitolu.

Výroba vodíka

Vodíkový vzorec umožňuje ťažiť ho minimálne 6 spôsobmi. Prvým je parné reformovanie metánu a zemného plynu.

Odoberajú sa frakcie legroinu. Katalyticky sa z nich extrahuje čistý vodík. To si vyžaduje prítomnosť vodnej pary.

Druhým spôsobom extrakcie 1. látky je splyňovanie. palivo sa zahreje na 1500 stupňov, čím sa premení na horľavé plyny.

To si vyžaduje oxidačné činidlo. Stačí bežný vzdušný kyslík.

Tretím spôsobom výroby vodíka je elektrolýza vody. Cez ňu prechádza prúd. Pomáha zvýrazniť požadovaný prvok na elektródach.

Môžete tiež použiť pyrolýzu. Ide o tepelný rozklad zlúčenín. Ako organická hmota, tak aj anorganické látky, napríklad tá istá voda. Proces prebieha pod vplyvom vysokých teplôt.

Piatym spôsobom výroby vodíka je čiastočná oxidácia a šiestym je biotechnológia.

Ten sa týka extrakcie plynu z vody prostredníctvom jej biochemického štiepenia. Špeciálne riasy pomáhajú.

Je potrebný uzavretý fotobioreaktor, preto sa 6. metóda používa zriedka. V skutočnosti je populárna iba metóda konverzie pary.

Je to najlacnejšie a najjednoduchšie. Prítomnosť množstva alternatív však robí vodík žiaducou surovinou pre priemysel, pretože neexistuje žiadna závislosť od konkrétneho zdroja prvku.

Aplikácie vodíka

Používa sa vodík pre syntézu. Táto zlúčenina je chladivom v technológii mrazenia, známa ako zložka amoniaku a používa sa ako neutralizátor kyselín.

Vodík sa používa aj na syntézu kyseliny chlorovodíkovej. Toto je druhé meno.

Je potrebný napríklad na čistenie kovových povrchov a ich leštenie. IN Potravinársky priemysel kyselina chlorovodíková – regulátor kyslosti E507.

Ako prídavné látky v potravinách Registrovaný je aj samotný vodík. Jeho názov na obale produktu je E949.

Používa sa najmä pri výrobe margarínu. Hydrogenačný systém vlastne vyrába margarín.

V tých mastných rastlinné oleje Niektoré spojenia sú prerušené. V miestach prasknutia sa objavujú atómy vodíka. Tým sa tekutá látka premení na relatívnu.

V úlohe vodíkový palivový článok Zatiaľ sa nepoužíva ani tak v raketách, ako skôr v raketách.

Prvá látka horí v kyslíku, ktorý poskytuje energiu pre pohyb kozmickej lode.

Áno, jeden z najsilnejších Ruské rakety„Energia“ beží na vodíkové palivo. Prvý prvok v ňom je skvapalnený.

Reakcia spaľovania vodíka v kyslíku je tiež užitočná pre zváracie práce. Lepiť možno najviac žiaruvzdorné materiály.

Reakčná teplota v čistej forme je 3000 stupňov Celzia. Pomocou špeciálnych je možné dosiahnuť 4000 stupňov.

Akýkoľvek kov sa „vzdá“. Mimochodom, kovy sa získavajú aj pomocou 1. prvku. Reakcia je založená na izolácii cenných látok z ich oxidov.

Jadrový priemysel sa sťažuje izotopy vodíka. Sú len 3. Jedným z nich je trícium. Je rádioaktívny.

Existujú aj nerádioaktívne protium a deutérium. Hoci trícium predstavuje nebezpečenstvo, vyskytuje sa prirodzene.

Izotop sa tvorí v horných vrstvách atmosféry, ktoré sú vystavené kozmickému žiareniu. To vedie k jadrovým reakciám.

V reaktoroch na zemskom povrchu je trícium výsledkom ožiarenia neutrónmi.

Cena vodíka

Priemyselníci najčastejšie ponúkajú plynný vodík, prirodzene, v stlačenom stave a v špeciálnej nádobe, ktorá nedovolí malým atómom látky prejsť.

Prvý prvok je rozdelený na technický a čistený, to znamená na najvyššiu triedu. Existujú dokonca triedy vodíka, napríklad "A".

Platí pre ňu GOST 3022-80. Ide o technický plyn. Za 40 kubických litrov si výrobcovia pýtajú o niečo menej ako 1000. Za 50 litrov dávajú 1300.

GOST pre čistý vodík - R 51673-2000. Čistota plynu je 9,9999%. Technický prvok je však trochu podradný.

Jeho čistota je 9,99 %. Avšak za 40 kubických litrov čistá substancia Už dávajú viac ako 13 000 rubľov.

Cenovka ukazuje, aká náročná je pre priemyselníkov konečná fáza čistenia plynu. Za 50-litrový valec budete musieť zaplatiť 15 000 - 16 000 rubľov.

Kvapalný vodík takmer nepoužívaný. Je to príliš drahé a straty sú vysoké. Preto neexistujú žiadne ponuky na predaj alebo kúpu.

Skvapalnený vodík sa nielen ťažko získava, ale aj skladuje. Teploty mínus 252 stupňov nie sú vtip.

Preto nikto nebude žartovať o používaní efektívneho a ľahko ovládateľného plynu.

Priemyselné spôsoby výroby jednoduché látky závisí od formy, v ktorej sa príslušný prvok v prírode nachádza, teda čo môže byť surovinou na jeho výrobu. Takto sa získa kyslík dostupný vo voľnom stave fyzicky- uvoľnenie z kvapalného vzduchu. Vodík je takmer celý vo forme zlúčenín, preto sa na jeho získanie používajú chemické metódy. Môžu sa použiť najmä rozkladné reakcie. Jedným zo spôsobov výroby vodíka je rozklad vody elektrickým prúdom.

Hlavnou priemyselnou metódou výroby vodíka je reakcia metánu, ktorý je súčasťou zemného plynu, s vodou. Vykonáva sa pri vysoká teplota(je ľahké vidieť, že pri prechode metánu aj cez vriacu vodu nedochádza k žiadnej reakcii):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

V laboratóriu na získanie jednoduchých látok nevyhnutne nepoužívajú prírodné suroviny, ale vyberajú si tie východiskové suroviny, z ktorých je ľahšie izolovať potrebnú látku. Napríklad v laboratóriu sa kyslík nezíska zo vzduchu. To isté platí pre výrobu vodíka. Jednou z laboratórnych metód výroby vodíka, ktorá sa niekedy používa v priemysle, je rozklad vody elektrickým prúdom.

Typicky sa vodík vyrába v laboratóriu reakciou zinku s kyselinou chlorovodíkovou.

V priemysle

1.Elektrolýza vodných roztokov solí:

2NaCl + 2H20 -> H2 + 2NaOH + Cl2

2.Prechod vodnej pary cez horúci koks pri teplotách okolo 1000°C:

H20 + C ⇄ H2 + CO

3.Zo zemného plynu.

Konverzia pary: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Katalytická oxidácia kyslíkom: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Krakovanie a reformovanie uhľovodíkov počas rafinácie ropy.

V laboratóriu

1.Vplyv zriedených kyselín na kovy. Na uskutočnenie tejto reakcie sa najčastejšie používa zinok a kyselina chlorovodíková:

Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2

2.Interakcia vápnika s vodou:

Ca + 2H20 -> Ca(OH)2 + H2

3.Hydrolýza hydridov:

NaH + H20 → NaOH + H2

4.Vplyv alkálií na zinok alebo hliník:

2Al + 2NaOH + 6H20 → 2Na + 3H2Zn + 2KOH + 2H20 → K2 + H2

5.Pomocou elektrolýzy. Pri elektrolýze vodných roztokov zásad alebo kyselín sa na katóde uvoľňuje vodík, napr.

2H30 + 2e - -> H2 + 2H20

  • Bioreaktor na výrobu vodíka

Fyzikálne vlastnosti

Plynný vodík môže existovať v dvoch formách (modifikáciách) – vo forme orto – a para-vodíka.

V molekule ortovodíka (t.t. -259,10 °C, bp -252,56 °C) sú jadrové spiny smerované identicky (paralelne) a v paravodíku (t.t. -259,32 °C, bp. bod varu -252,89 °C) - oproti sebe (antiparalelné).

Alotropické formy vodíka je možné oddeliť adsorpciou na aktívnom uhlí pri teplote kvapalného dusíka. Pri veľmi nízkych teplotách je rovnováha medzi ortovodíkom a paravodíkom takmer úplne posunutá smerom k paravodíku. Pri 80 K je pomer foriem približne 1:1. Pri zahrievaní sa desorbovaný paravodík premieňa na ortovodík, kým sa nevytvorí zmes, ktorá je v rovnováhe pri teplote miestnosti (orto-para: 75:25). Bez katalyzátora prebieha transformácia pomaly, čo umožňuje študovať vlastnosti jednotlivých alotropných foriem. Molekula vodíka je dvojatómová - H₂. Za normálnych podmienok je to bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. Vodík je najľahší plyn, jeho hustota je mnohonásobná menšia hustota vzduchu. Je zrejmé, že čím menšia je hmotnosť molekúl, tým vyššia je ich rýchlosť pri rovnakej teplote. Ako najľahšie molekuly sa molekuly vodíka pohybujú rýchlejšie ako molekuly akéhokoľvek iného plynu, a preto môžu rýchlejšie prenášať teplo z jedného telesa do druhého. Z toho vyplýva, že vodík má spomedzi plynných látok najvyššiu tepelnú vodivosť. Jeho tepelná vodivosť je približne sedemkrát vyššia ako tepelná vodivosť vzduchu.

Chemické vlastnosti

Molekuly vodíka H₂ sú dosť silné a na to, aby vodík reagoval, je potrebné vynaložiť veľa energie: H 2 = 2H - 432 kJ Preto vodík pri bežných teplotách reaguje len s veľmi aktívnymi kovmi, napríklad vápnikom, pričom vzniká vápnik. hydrid: Ca + H 2 = CaH 2 a s jediným nekovom - fluórom, za vzniku fluorovodíka: F 2 + H 2 = 2HF S väčšinou kovov a nekovov vodík reaguje pri zvýšených teplotách alebo pri iných vplyvoch, napr. , osvetlenie. Môže „odoberať“ kyslík niektorým oxidom, napr.: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 Napísaná rovnica odráža redukčnú reakciu. Redukčné reakcie sú procesy, pri ktorých sa zo zlúčeniny odstraňuje kyslík; Látky, ktoré odoberajú kyslík, sa nazývajú redukčné činidlá (samotné oxidujú). Ďalej bude uvedená ďalšia definícia pojmov „oxidácia“ a „redukcia“. A túto definíciu, historicky prvý, zostáva dôležitý aj dnes, najmä v organickej chémii. Redukčná reakcia je opakom oxidačnej reakcie. Obe tieto reakcie prebiehajú vždy súčasne ako jeden proces: keď sa jedna látka oxiduje (redukuje), nevyhnutne súčasne prebieha redukcia (oxidácia) inej.

N2 + 3H2 -> 2 NH3

Formy s halogénmi halogenovodíky:

F 2 + H 2 → 2 HF, reakcia prebieha explozívne v tme a pri akejkoľvek teplote, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, reakcia prebieha explozívne, iba na svetle.

Pri vysokej teplote interaguje so sadzami:

C + 2H2 -> CH4

Interakcia s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín

Vodík sa tvorí s aktívnymi kovmi hydridy:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Hydridy- soli podobné, pevné látky, ľahko hydrolyzovateľné:

CaH2 + 2H20 -> Ca(OH)2 + 2H2

Interakcia s oxidmi kovov (zvyčajne d-prvky)

Oxidy sa redukujú na kovy:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H20

Hydrogenácia organických zlúčenín

Keď vodík pôsobí na nenasýtené uhľovodíky v prítomnosti niklového katalyzátora a pri zvýšených teplotách, dochádza k reakcii hydrogenácia:

CH2=CH2 + H2 -> CH3-CH3

Vodík redukuje aldehydy na alkoholy:

CH3CHO + H2 -> C2H5OH.

Geochémia vodíka

Vodík je hlavným stavebným materiálom vesmíru. Je to najbežnejší prvok a všetky prvky z neho vznikajú v dôsledku termonukleárnych a jadrových reakcií.

Voľný vodík H2 je v pozemských plynoch pomerne vzácny, ale vo forme vody má mimoriadne dôležitú úlohu v geochemických procesoch.

Vodík môže byť prítomný v mineráloch vo forme amónneho iónu, hydroxylového iónu a kryštalickej vody.

V atmosfére neustále vzniká vodík v dôsledku rozkladu vody slnečným žiarením. Migruje do vyšších vrstiev atmosféry a uniká do vesmíru.

Aplikácia

  • Energia vodíka

Atómový vodík sa používa na zváranie atómovým vodíkom.

V potravinárskom priemysle je vodík registrovaný ako potravinárska prídavná látka E949 ako baliaci plyn.

Vlastnosti liečby

Vodík po zmiešaní so vzduchom vytvára výbušnú zmes – takzvaný detonačný plyn. Tento plyn je najvýbušnejší, keď je objemový pomer vodíka a kyslíka 2:1 alebo vodíka a vzduchu približne 2:5, pretože vzduch obsahuje približne 21 % kyslíka. Nebezpečenstvo požiaru predstavuje aj vodík. Kvapalný vodík môže pri kontakte s pokožkou spôsobiť vážne omrzliny.

Výbušné koncentrácie vodíka a kyslíka sa vyskytujú od 4 % do 96 % objemu. Pri zmiešaní so vzduchom od 4 % do 75 (74) % objemu.

Použitie vodíka

V chemickom priemysle sa vodík používa pri výrobe čpavku, mydla a plastov. V potravinárskom priemysle sa margarín vyrába z tekutých rastlinných olejov pomocou vodíka. Vodík je veľmi ľahký a vždy stúpa vo vzduchu. Kedysi boli vzducholode a Balóny naplnené vodíkom. Ale v 30. rokoch. XX storočia stalo sa viacero hrozné katastrofy keď vzducholode vybuchli a zhoreli. V súčasnosti sú vzducholode plnené héliom. Vodík sa používa aj ako raketové palivo. Raz môže byť vodík široko používaný ako palivo pre automobily a kamióny. Vodíkové motory neznečisťujú životné prostredie a vypúšťajú iba vodnú paru (aj keď samotná výroba vodíka vedie k určitému znečisteniu životného prostredia). Naše Slnko je väčšinou tvorené vodíkom. Slnečné teplo a svetlo sú výsledkom uvoľňovania jadrovej energie z fúzie jadier vodíka.

Používanie vodíka ako paliva (nákladovo efektívne)

Najdôležitejšou charakteristikou látok používaných ako palivo je ich spalné teplo. Z priebehu všeobecnej chémie je známe, že k reakcii medzi vodíkom a kyslíkom dochádza pri uvoľňovaní tepla. Ak vezmeme 1 mol H 2 (2 g) a 0,5 mol O 2 (16 g) za štandardných podmienok a vybudíme reakciu, potom podľa rovnice

H2 + 0,502 = H20

po ukončení reakcie vznikne 1 mol H 2 O (18 g) s uvoľnením energie 285,8 kJ/mol (pre porovnanie: spaľovacie teplo acetylénu je 1300 kJ/mol, propánu - 2200 kJ/mol) . 1 m³ vodíka váži 89,8 g (44,9 mol). Na výrobu 1 m³ vodíka sa teda spotrebuje 12832,4 kJ energie. Ak vezmeme do úvahy fakt, že 1 kWh = 3600 kJ, dostaneme 3,56 kWh elektriny. Keď poznáme tarifu za 1 kWh elektriny a náklady na 1 m³ plynu, môžeme konštatovať, že je vhodné prejsť na vodíkové palivo.

Napríklad experimentálny model 3. generácie Honda FCX so 156 litrovou vodíkovou nádržou (obsahuje 3,12 kg vodíka pod tlakom 25 MPa) prejde 355 km. V súlade s tým sa z 3,12 kg H2 získa 123,8 kWh. Na 100 km bude spotreba energie 36,97 kWh. Keď poznáme náklady na elektrinu, náklady na plyn alebo benzín, ich spotrebu na auto na 100 km možno ľahko vypočítať ako zápornú ekonomický efekt prechod automobilov na vodíkové palivo. Povedzme (Rusko 2008), 10 centov za kWh elektriny vedie k tomu, že 1 m³ vodíka vedie k cene 35,6 centov, a ak vezmeme do úvahy účinnosť rozkladu vody 40-45 centov, rovnaké množstvo kWh zo spaľovania benzínu stojí 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 centov/l=34 centov v maloobchodných cenách, pričom pre vodík sme vypočítali ideálnu možnosť, bez zohľadnenia dopravy, amortizácie zariadení atď. Pre metán s spaľovacia energia asi 39 MJ na m³, výsledok bude dva až štyrikrát nižší v dôsledku rozdielu v cene (1 m³ pre Ukrajinu stojí 179 USD a pre Európu 350 USD). To znamená, že ekvivalentné množstvo metánu bude stáť 10-20 centov.

Netreba však zabúdať, že pri spaľovaní vodíka získame čistú vodu, z ktorej bol extrahovaný. To znamená, že máme obnoviteľné zdroje hromaditeľ energie bez poškodzovania životného prostredia, na rozdiel od plynu alebo benzínu, ktoré sú primárnymi zdrojmi energie.

Php na linke 377 Upozornenie: vyžaduje (http://www..php): nepodarilo sa otvoriť stream: v /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php na linke 377 sa nenašiel vhodný obal chyba: require(): Nepodarilo sa otvoriť, vyžaduje sa „http://www..php“ (include_path="..php v riadku 377