Vodík

z řeč. hydór = voda, gennao = tvořím obecně: Z = 1 Ar = 1.00797 X = 2.2 Tt = –259.2° C Tv = –252.8° C ? = 0.08988 g?1–1 (0° C, 1 atm) oxidační čísla –1, 1, 0 (mlk. H2) elektronová konfig. 1s1 jsou známy tři izotopy[1] vodíku: 1H lehký vodík (protium) – výskyt: 99.9844 % 2H (D) těžký vodík (deuterium) – výskyt: […]

z řeč. hydór = voda, gennao = tvořím
obecně:
Z = 1
Ar = 1.00797
X = 2.2
Tt = –259.2° C
Tv = –252.8° C
? = 0.08988 g?1–1 (0° C, 1 atm)
oxidační čísla –1, 1, 0 (mlk. H2)
elektronová konfig. 1s1
jsou známy tři izotopy[1] vodíku:
1H lehký vodík (protium) – výskyt: 99.9844 %
2H (D) těžký vodík (deuterium) – výskyt: 0.0156 %
3H (T) radioaktivní tritium – výskyt: 10–15–10–16 %
výskyt:
nejrozšířenější prvek ve vesmíru a devátý nejrozšířenější prvek na Zemi (třetí nejrozšířenější biogenní prvek)
volný: sopečné plyny, zemní plyn, atmosféry hvězd
vázaný: voda, org. a anorg. sloučeniny, biogenní prvek
vlastnosti:
je to typický nekov, je nejlehčím plynem
elektronegativita X = 2.2 ? tvoří vazby nepolární (H2) n. polární (HCl)
jeho molekuly jsou tak nepatrné, že procházejí pórovitými látkami, e.g.nepolévanými porcelánovými stěnami n. stěnami pryžových hadic
velká ionizační energie[2] 1’311 kJ?mol-1 (ve srovnání s ostatními s1-prvky (alkalické kovy) je přibližně dvojnásobná, připomíná spíše halogeny)
tvoří vodíkové můstky s N, O, F
za normálních podmínek je bezbarvý, bez chuti a zápachu, skládá se z dvouatomových molekul H2, ve kt. jsou atomy vázány jednoduchou nepolární kovalentní vazbou – je poměrně stabilní (vysoká hodnota vazebné energie H-H), málo reaktivní (reaguje jen za vysoké teploty n. za použití katalyzátorů) – s kyslíkem tvoří výbušnou směs
rozštěpením vazby v molekulovém vodíku vz. atomový vodík – vodík ve stavu zrodu – velmi reaktivní, silné redukční vlastnosti, reaguje s celou radou látek již za nízkých teplot
při slučování vodíku se může e- obal jeho atomů upravit podle nejbližšího vzácného plynu dvojím způsobem:
odtržením e- vz. proton H+, kt. není stálý a ihned se váže na mlk. obs. volný e- pár (H3O+ – hydroxoniový kation, NH4+ – amonný kation), je nositelem kyselých vlastností kyselin
přibráním jednoho e- získá konfiguraci He, vznikne hydridový anion H- (hydridy alkalických kovů n . zemin)

slučuje se téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých přechodných kovů

H2 + Cl2 → 2HCl

3H2 + N2 › 2NH3
má schopnost slučovat se s kyslíkem vázaným v oxidech ? redukční vlastnosti vodíku
CuO + H2 › Cu + H2O
laboratorní příprava:
reakcí neušlechtilých kovů s vodnými roztoky kyselin a hydroxidů
Zn + 2HCl › ZnCl2 + H2
Zn + 2NaOH + 2H2O › Na2[Zn(OH)4] + H2
reakcí s1 a s2 prvků s vodou
2Na + 2H2O › 2NaOH + H2
reakcí vodní páry se železem
3Fe + 4H2O › Fe2O3 + 4H2
elektrolýzou vody obs. malé množství H2SO4 n. NaOH
průmyslová výroba:

1’200 °C

termickým rozkladem methanu

CH4 ¦¦¦› C + 2H2

1’000 °C

reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem

C + H2O ¦¦¦› CO + H2O (vodní plyn – z něho kapalněním a oddělením CO)

300 °C

Fe2O3 (Cr2O3)

reakce vodního plynu s vodní párou za přít. katalyzátorů při t=300°C, získá se velmi čistý vodík (používá se e.g. ke ztužování tuků)

CO + H2 + H2O ¦¦¦¦› CO2 + 2H2
jako vedlejší produkt při elektrolýze vodného roztoku NaCl (výroba NaOH)
sloučeniny:
anorg. (e.g. kyseliny, hydroxidy, hydridy), org. (e.g. uhlovodíky, jejich deriváty, přírodní látky)
hydridy:
binární sloučeniny vodíku
iontové (solné) hydridy: sloučeniny vodíku s alkalickými kovy (s1 prvky) a kovy alkalických zemin (s2 prvky)
iontová vazba = vysoké b. tání, reagují s vodou (vz. vodík), pevné látky; používají se jako mimořádně silná redukční činidla
e.g. hydrid sodný NaH, h. vápenatý CaH2
s vodou: H- + H2O → H2 + OH-
vz. hydridu (jediný případ oxidačního půs. vodíku) 2Na + H2 → 2NaH
kovalentní hydridy: sloučeniny vodíku s prvky p1 – p5
vesměs plyny, hydridy se slabě polární kovalentní vazbou s vodou nereagují, se silně polární vazbou reagují za vz. protonu (hydroxoniového kationtu)
e.g. fosfan PH3, diboran B2H6
s vodou: HCl + H2O → H3O+ + Cl-
kovové hydridy: sloučeniny vodíku s většinou přechodnými prvky
proměnlivé složení, kovový vzhled, vodivé popř. polovodivé
vz. pohlcováním plynného vodíku do krystalové struktury kovu
používají se při katalytické hydrogenaci
hydridové komplexy: obs. ionty H- vázané koordinační vazbou na ionty kovů
užívají se jako redukční činidla při organické syntéze
e.g. tetrahydridoboritan sodný Na[BH4], tetrahydridoboritan sodný Na[AlH4]
voda:
nejběžnější a nejrozšířenější sloučenina vodíku, viz. ot. 14A
peroxid vodíku:
ox. číslo (O2)-II peroxovazba
vlastnosti: bezbarvá kapalina, za normální teploty se velmi pomalu rozkládá, působením někt. látek (e.g. burel MnO2, Pt, krev) se rozkládá až explozivně (H2O2 › H2O + O), rozklad zpomalují, tzv. inhibitory (e.g. H2SO4, močovina), chová se jako velmi slabá kyselina (lze od ní odvodit soli – peroxidy (BaO2, Na2O2) n. hydrogenperoxidy – významná složka mycích prášků)
oxidační (PbS + 4H2O2 › PbSO4 + 4H2O) i redukční (Ag2O + H2O2 › 2Ag + H2O + O2) účinky
lab. příprava: BaO2 + H2SO4 › H2O2 + BaSO4
použití: bělící, dezinfekční prostředek, 3% roztok se užívá v lékařství
použití:
uchovává se v ocelových lahvích označených červeným pruhem
redukční činidlo (získávání těžko vyredukovatelných kovů)
výroba NH3, CH3OH, dusíkatých hnojiv, HNO3
odstraňování síry z ropy
ztužování tuků
palivo budoucnosti „Tokamak“
ke svařování (kyslíkovodíkový plamen t=2‘300 °C)