Hľadať

Vodík (lat. Hydrogenium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku H a protónové číslo 1. Vo voľnej prírode sa atómy vodíka nenachádzajú, pri zrode atómového vodíka sa okamžite spája do molekuly H₂. Zaraďuje sa do prvej aj do siedmej skupiny periodickej sústavy, lebo má vlastnosti prvkov prvej aj siedmej skupiny. Latinský názov pochádza z gréčtiny (hydór = voda, gennaó = vytváram) a vymyslel ho Lavoisier. Slovenský názov je odvodený rovnakou logikou.Vodík bol objavený v roku 1766.

Obsah

[upraviť] Vlastnosti

[upraviť] Fyzikálne vlastnosti

Vodík je najjednoduchší chemický prvok , je číry bezfarebný plyn bez chuti a zápachu. Je najľahší plyn vôbec (14,5 krát ľahší ako vzduch). Molekulárny vodík je pomerne stabilný a vďaka vysokej energii väzieb je takisto málo reaktívny. Pohybuje sa obrovskou rýchlosťou 1800 m/s. Jeho tepelná vodivosť je sedemkrát väčšia ako vzduchu. Molekuly sú extrémne malé a preto ľahko prechádzajú poréznymi látkami.

[upraviť] Rozpustnosť

Vo vode sa vodík rozpúšťa nepatrne: V 1 litri vody sa pri 0 °C a tlaku 0,1 MPa rozpustí 22 ml plynného vodíka. Lepšie sa rozpúšťa v nikli, paládiu a v platine. Pri rozpúšťaní v týchto kovoch sa molekuly vodíka štiepia na atómy. Atomárny vodík je reaktívnejší než molekulárny, preto reakcia vodíka za prítomnosti týchto kovov prebieha rýchlejšie. Nikel, paládium a platina sú preto výbornými katalyzátormi.

[upraviť] Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti sú podmienené stavbou atómu a postavením v periodickej tabuľke. Pri zlučovaní vodíka sa elektrónový obal mení dvojako:

Pribratím jedného elektrónu, nadobudne elektrónový obal konfiguráciu najbližšieho vzácneho plynu hélia, čím sa mení na anión H⁻.
Stratou jediného elektrónu sa atóm vodíka mení na protón. Protón (katión vodíka H⁺) sa vo vodných roztokoch viaže na voľný elektrónový pár kyslíka a tým sa vytvorí hydroxóniový katión H₃O⁺

H⁺ + H₂O → H₃O⁺

Reakcie s nekovmi

Pri obyčajnej teplote sa vodík zlučuje s fluorovodíkom HF, a to aj v tme. S chlórom tvorí chlorovodík HCl iba na slnečnom svetle pomocou ultrafialového žiarenia alebo keď zmes zapálime. V zmesi so vzduchom alebo kyslíkom sa zlučuje po zapálení na vodu.

2 H₂ + O₂ → 2H₂O

Reakcia prebieha veľmi prudko, výbušne. Teplota kyslíkového plameňa je veľmi vysoká (až 2 800 °C). Preto sa používa na zváranie a rezanie kovov. Pri vyšších teplotách a za prítomnosti katalyzátorov sa vodík zlučuje s dusíkom na amoniak.

3 H₂ + N₂ → 2 NH₃

Z neho sa ďalej vyrába kyselina dusičná a dusíkaté hnojivá.

Reakcie s kovmi

S alkalickými kovmi a s kovmi alkalických zemín sa vodík zlučuje na tuhé hydridy, v ktorých vodík je aniónom H⁻, napríklad hydrid sodný NaH alebo hydrid vápenatý CaH₂.

S väčšinou prvkov sa zlučuje až pri zvýšenej teplote alebo za prítomnosti katalyzátorov.

Napríklad:

H₂ + Cl₂ → 2 HCl

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

H₂ + S → H₂S

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O + E

Reakcie vodíka bývajú sprevádzané uvoľňovaním tepla (exotermická reakcia) a niekedy aj svetelným efektom – horením.

Významné sú redukčné vlastnosti vodíka, ktoré sa využívajú pri výrobe niektorých kovov z iných oxidov:

CuO + H₂ → Cu + H₂O

WO₃ + 3 H₂ → W + 3 H₂O

Naproti tomu atomárny vodík (tzv. vodík v stave zrodu) je veľmi reaktívny a reaguje s celým radom látok už pri nízkych teplotách.

Väčšinou sa viaže kovalentnou väzbou. Vodík je typický nekov, ktorý tvorí vodíkové mostíky s dusíkom, kyslíkom a fluórom.

[upraviť] Využitie

Vodík má rad významných využití. Ako napríklad postavenie vo výrobe rôznych chemických zlúčenín (amoniak NH₃, kyselina dusičná HNO₃, metylalkohol CH₃OH, rôzne dusíkaté hnojivá), výroba niektorých kovov (redukciou z iných oxidov) alebo stužovanie tukov.

Používal sa na zváranie a rezanie kovov (kyslíkovo-vodíkovým plameňom). Naďalej sa využíva v zmiešanom pomere s dusíkom ako ochranná atmosféra pri vypaľovaní polotovarov práškovej metalurgie Tekutý vodík sa používa ako raketové palivo, ale môže byť zdrojom energie i pre iné zariadenia. Vodík sa prepravuje a uchováva v tlakových fľašiach označených červeným pruhom.

[upraviť] Výroba

[upraviť] Laboratórna príprava

V laboratóriu sa môže vodík pripravovať reakciou neušľachtilých kovov s kyselinami alebo hydroxidov v tzv. Kippovom prístroji

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Zn + 2 NaOH + 2 H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Ďalej môžeme vodík získať elektrolýzou vody, ktorá obsahuje malé množstvo H₂SO₄ alebo NaOH na zvýšenie vodivosti. Elektrolýza sa uskutočňuje v Hoffmanovom prístroji, kde sa vodík vylučuje na katóde.

2 H₃O⁺ + 2e⁻ → 2 H₂O + H₂

2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂

3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄ + 4 H₂

[upraviť] Priemyselná výroba

Priemyselne sa môže vodík tak ako v laboratóriu vyrábať niekoľkými rôznymi metódami.

Metódou je termický rozklad metánu pri veľmi vysokej teplote (1200 °C): CH₄ -> C + 2H₂
Reakciou vodného plynu s vodnou parou za prítomnosti katalyzátorov a pri teplote 300 °C môžeme získať veľmi čistý vodík, ktorý sa používa napríklad k stuhovaniu :CO + H₂ + H₂O(g) -> CO₂ + 2H₂
Reakcia vodnej pary s horúcim koksom za teploty 1000 °C (vzniká vodný plyn):C(s) + H₂O(g) -> CO(g) + H₂(g)
Vznik vodíka ako vedľajší produkt pri výrobe hydroxidu sodného (NaOH) – elektrolýza vodného roztoku NaCl: 2NaHgn + 2H₂0 -> 2NaOH + H₂ + 2nHg

[upraviť] Výskyt

99.9844 %

Vodík je najrozšírenejším prvkom v celom vesmíre a tretí najrozšírenejší na Zemi. Vyskytuje sa voľne, aj viazaný v zlúčeninách. Voľný vodík sa nachádza napríklad v plynnom obale hviezd. Na Zemi sa voľný vodík pri bežných podmienkach nevyskytuje, a preto je viazaný iba v zlúčeninách. Najväčšie množstvo vodíka je viazané vo vode, ktorá pokrýva väčšinu zemského povrchu, ale je viazaný i v rôznych organických i anorganických zlúčeninách. Je to tiež významný biogénny prvok.

[upraviť] Izotopy

[upraviť] Prócium

Tiež nazývaný ľahký vodík je klasický vodík, ktorý je najviac rozšírený vo vesmíre a na Zemi. Obsahuje v atóme jeden protón a jeden elektrón. Neobsahuje neutrón v atómovom jadre.

[upraviť] Deutérium

Hlavný článok, pozri deutérium

Používa sa aj názov ťažký vodík. Nepodlieha rádioaktívnej premene, v prírode sa bežne vyskytuje. Na 6 500 atómov pripadne jeden atóm deutéria. Jadro deutéria sa volá deuterón - je súčasťou molekuly ťažkej vody D₂O.

Má významné využitie v jadrovom priemysle. Je veľmi účinným moderátorom (látkou spomaľujúcou rýchlosť neutrónov).

Štruktúra atómu: 1 protón, 1 neutrón, 1 elektrón

[upraviť] Trícium

Hlavný článok, pozri trícium

Jadro trícia je nestabilné a rozpadá sa s polčasom rozpadu 12,4 roka pri vyžiarenia malého množstva energetického beta žiarenia. Vzniká účinkom kozmického žiarenia na atóm deutéria alebo výbuchom vodíkovej bomby. Používa sa napríklad na značkovanie organických látok pri výskumoch.

Štruktúra atómu: 1 protón, 2 neutróny, 1 elektrón