Izotopy vodíka, výskyt v prírode, príprava, elektrolýza vody, zlúčeniny vodíka, použitie vodíka

Izotopy vodíka  sú atómy vodíka, ktoré sa zhodujú v protónovom čísle,  ale v nukleónovom čísle sa líšia.  To znamená, že v atómovom jadre majú jeden protón a líšia sa počtom neutrónov v jadre.

                            prócium 
Izotopy vodíka:   deutérium
                            trícium


 

Prócium - v jadre má jeden protón a v elektrónovom  obale jeden elektrón. V atómovom jadre neobsahuje neutrón.

 protón

 elektrón

 jadro atómu vodíka

elektónový obal atómu vodíka

Deutérium - atóm označovaný aj ako ťažký vodík. Obsahuje jeden protón, jeden elektrón a jeden neutrón. Nepodlieha rádioaktívnej zmene a bežne sa vyskytuje v prírode. Na 6500 atómov pripadá jeden atóm deutéria. Vytvára molekuly tzv. ťažkej vody D2O. Používa  sa v jadrových reaktoroch, v ktorých brzdí pohyb elektrónov.

 protón

 elektrón

 neutrón

Trícium - obsahuje jeden protón, jeden elektrón a dva neutróny. Jadro je nestabilné. Polčas rozpadu jadra trícia je 12,4 roka.

Výskyt H2 v prírode

Vodík je najrozšírenejší prvok vo vesmíre a tretí najrozšírenejší na Zemi. Vo vesmíre sa vyskytuje voľný aj viazaný.  Na Zemi sa voľný vodík pri bežných podmienkach nevyskytuje a je viazaný v zlúčeninách. Najväčšie množstvo vodíka sa nachádza vo vode, ale vyskytuje sa aj v organických a anorganických zlúčeninách. Je významný biogénny prvok. Vyskytuje sa aj na povrchu Slnka, kde prebiehajú zložité jadrové reakcie. Počas nich sa navzájom zlučujú izotopy vodíka a vzniká hélium, pričom sa uvoľňuje veľké množstvo energie.

 

Príprava vodíka

Priemyselne sa vodík vyrába reakciou vodnej pary so žeravým koksom. Vzniká tak zmes plynov CO a H2  - vodný plyn. Vodný plyn je veľmi horľavý a používa sa na vykurovanie.
C + H2O → CO + H2
Reakciou  vodného plynu s vodnou parou môžeme získať veľmi čistý vodík. (katalyzátory, 300°C)
CO + H2 + H2O(g) → CO2 + 2H2

Vodík  sa vyrába aj z metánu za prítomnosti vodnej pary, vhodných  katalyzátorov (Ni) pri teplote 1100°C.
CH4 + H2O  →CO + 3H2    

Vodík sa získava sa z koksárenských plynov, pri elektrolýze vodného roztoku NaCl aj elektrolýzou vody.

Elektrolýza vody

Len malá časť molekúl vody je rozštiepená na ióny, a preto sa do vody pridáva malé množstvo H2SO4 (kyseliny sírovej), ktorá zvyšuje vodivosť. Vzniká tak silný  elektrolyt , pretože kyselina sírová sa vo vode rozštiepi na 100%.
Pri elektrolýze sa používajú elektródy z platiny, ktorá s kyselinou sírovou nereaguje.
Disociáciou molekuly kyseliny sírovej v roztoku vznikajú kladné ióny vodíka H+ a záporné ióny SO42−, Katióny vodíka sa pohybujú k zápornej elektróde, od ktorej prijímajú elektrón a zlučujú sa do molekúl vodíka H2. Anióny SO42− sa pohybujú ku kladnej elektróde, ktorej odovzdávajú svoje prebytočné elektróny a elektricky neutrálna molekula SO4 okamžite reaguje s vodou - vzniká nová molekula H2SO4. Pri tejto reakcií sa uvoľňujú molekuly kyslíka O2. Pri zápornej elektróde sa teda vylučuje z roztoku vodík, pri kladnej elektróde sa vylučuje kyslík. Pritom v elektrolyte zostáva rovnaký počet molekúl kyseliny sírovej H2SO4, zatiaľ čo sa znižuje počet molekúl vody H2O, koncentrácia roztoku sa zvyšuje.


Rozštiepenie vody (vo veľmi malom množstve): 2H2O → H3O+ + 2OH-
Rozštiepenie kyseliny sírovej: H2SO4 →2H+ + SO42-
Roztok teda obsahuje 3 druhy iónov : H3O+ , OH a SO42-, ktoré sa budú pohybovať k opačne nabitým elektródam.

Dej na katóde:

1. H3O+ + e-→  H2O + H
    H + H → H2

2. 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 

3. H+ + e → H
H + H → H2
H2 sa uvoľňuje vo forme plynu

Dej na anóde:

1. 4OH- - 4e- → 4OH
   4OH → 2H2O + O2

2. SO42- - 2e- → SO4
   SO4 + H2O →  H2SO4

Na anóde sa vyvíja kyslík O2


 

Zlúčeniny vodíka

Hydridy - dvojprvkové (binárne) zlúčeniny, ktoré vodík tvorí s kovmi aj nekovmi. Vlastnosti hydridov sú založené na ich vnútornej stavbe a charaktere väzby medzi H a viazaným prvkom.

               iónové
Hydridy: 
               kovalentné 
  

Iónové hydridy - obsahujú hydridový anión H- spojený s príslušným  kovovým katiónom (alkalický kov, kov alkalických zemín) iónovou väzbou. Sú to pevné látky s vysokou teplotou topenia.
Napríklad :  NaH - hydrid sodný, CaH - hydrid vápenatý
Jeho reakciou s vodou vznika hydroxid sodný NaOH a vodík.
NaH + H2O -NaOH + H2

Kovalentné hydridy - medzi vodíkom a viazaným atómom je kovalentná väzba. Okrem vody sú všetky kovalentné hydridy pri bežných podmienkach plynné látky.
Hydridy s nepolárnou kovalentnou väzbou (CH4, PH3) nereagujú s vodou. Hydridi s polárnou kovalentnou väzbou (HCl, HF) s vodou reagujú. Pri reakcii sa uvoľňuje katión vodíka H+.
HCl + H2O → H2O + H+ + Cl-

Použitie vodíka

Vodík sa používa na syntézu organických a anorganických zlúčenín.
Napríklad pri výrobe amoniaku NH3. Reakcia prebieha pri vysokej teplote, tlaku a za prítomnosti vhodných katalyzátorov
3H2  + N2 → 2NH3
Pri výrobe metanolu CH3OH:
CO + H2 → CH3OH
Ďalej sa vodík používa pri tavení, rezaní a zváraní kovov, kvapalný vodík sa v raketovej technike používa ako palivo.

29.10.2009 13:23:15
Gabi






optimalizace PageRank.cz
Romanovy stranky
© 2009 - 2011 | WideZone™ | All rights reserved
Romanovy stranky

optimalizace PageRank.cz

Name
Email
Comment
Or visit this link or this one