Vodík

Latinský název Hydrogenium
Chemická značka H
Protonové číslo 1
Skupina I.A
Relativní atomová hmotnost (Ar) 1,00794
Perioda 1
Elektronová konfigurace 1s 1
Elektronegativita 2,2
Teplota tání -259,14°C
Teplota varu -252,87°C
Oxidační čísla ve sloučeninách +I, -I
Skupenství při 20°C plynné (g)

 

Výskyt:

Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a třetím nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Volný vodík se nalézá se např. v plynném obalu hvězd nebo v sopečném plynu. Na Zemi je vodík vázán spíše ve sloučeninách. Největší množství vodíku je vázáno ve vodě a je vázán i v různých organických i anorganických sloučeninách. Je to také významný biogenní prvek. V přírodě se vyskytuje jako směs tří izotopů:

Vlastnosti:

Za běžných podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu. Ve vodě je nepatrně rozpustný. Skládá se z dvouatomových molekul H2 , kde atomy jsou vázány kovalentní vazbou. Je lehčí než vzduch. Molekuly vodíku jsou malé, dokáží snadno pronikat pevnými materiály. Vodík reaguje téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých kovů. Molekulový vodík je poměrně stabilní a díky vysoké hodnotě vazebné energie také málo reaktivní. S většinou prvků se proto slučuje až za zvýšené teploty nebo za přítomnosti některých kovů (Pt, Ni), které katalyzují jeho rozpad na atomy a tím zvyšují jeho reaktivitu. Ve směsi se vzduchem nebo kyslíkem se prudce slučuje na vodní páru a tvoří výbušnou směs.

2 H2 + O2 ----->  2 H2O

Zapálená směs je výbušná tím více, čím se její složení blíží k poměru 2:1 . Čistý vodík hoří nesvítivým plamenem, pokud se do plamene vhání kyslík, dosahuje teplota plamene až 3000°C. Atomový vodík je také silné redukční činidlo, ale existuje velmi krátkou dobu a slučuje se na vodík molekulový. Jinak je to typický nekov, který tvoří vodíkové můstky s dusíkem, kyslíkem a fluorem.

Laboratorní příprava:

  1. Elektrolýzou vody (nebo vodivého roztoku kyseliny nebo hydroxidu):     2 H+ + 2e-  ----->  H2

  2. Reakcí prvků I.A a II.A skupiny s vodou:      2 Na + 2 H2O  ----->  2 NaOH + H2

  3. Reakcí kovů s vodnými roztoky kyselin a zásad:  Zn + 2 HCl  -----> ZnCl2 + H2        Zn + 2 NaOH + 2 H2O  ----->  Na2[Zn(OH)4] + H2

  4. Rozkladem iontových hydridů vodou:      KH + H2O  ----->  H2 + KOH

Průmyslová výroba:

  1. Elektrolýzou vodného roztoku NaCl - hlavním produktem je NaOH a Cl2, vodík se získává jako vedlejší produkt.

  2. Termické štěpení metanu při 1200°C:       CH4(g) -----> C(s) + 2H2(g)

  3. Konverzí vodního plynu:             C (rozžhavený koks) + H2O -----> H2 + CO (vodní plyn)

Použití:

Vodík je významné redukční činidlo. Používá se v syntézách amoniaku, organických syntézách, v metalurgii k získání těžkoredukovatelných kovů a jejich oxidů. Spolu s kyslíkem se používá ke svařování kovů (dodává se v ocelových tlakových lahvích označených červeným pruhem). Vodík je také vysoce výhřevným palivem. Vodík se používá také jako palivo pro rakety. Používá se také v potravinářství (ztužování tuků) a zdravotnictví.

Sloučeniny:

Vodík tvoří nejvíce sloučenin ze všech prvků. Velké množství anorganických sloučenin, ale hlavně obrovské množství organických sloučenin.