VODÍK Hindenburg, New Jersey, 6. května 1937

Prezentace na téma: "VODÍK Hindenburg, New Jersey, 6. května 1937"— Transkript prezentace:

1 VODÍK Hindenburg, New Jersey, 6. května 1937
Ve vesmíru je skoro 90% všech atomů vodíkových, s He tvoří 99,9%. „Je rozumné se domnívat, že deflogistovaný vzduch je pouze voda zbavená svého flogistonu“, …, „voda se tedy skládá z deflogistovaného vzduchu spojeného s flogistonem“

2 VODÍK NEJ!!! nejlehčí, nejjednodušší, nejrozšířenější ve vesmíru, nejvíce známých sloučenin, nejhůře zařaditelný do nějaké skupiny s jinými prvky, … teorie kyselin a zásad vzducholodě výroba amoniaku a chlorovodíku NMR komplexní hydridy ztužování tuků … jaderná syntéza vodíkové hospodářství Ve vesmíru je skoro 90% všech atomů vodíkových, s He tvoří 99,9%. „Je rozumné se domnívat, že deflogistovaný vzduch je pouze voda zbavená svého flogistonu“, …, „voda se tedy skládá z deflogistovaného vzduchu spojeného s flogistonem“

3 VODÍK objev a izolace 1766 - H. Cavendish, působením kyselin na kovy
„Je rozumné se domnívat, že deflogistovaný vzduch je pouze voda zbavená svého flogistonu“, …, „voda se tedy skládá z deflogistovaného vzduchu spojeného s flogistonem“ výskyt na Zemi 3. molárně, 9. hmotnostně prakticky jen ve sloučeninách (hlavně voda a organické sloučeniny) Ve vesmíru je skoro 90% všech atomů vodíkových, s He tvoří 99,9%. „Je rozumné se domnívat, že deflogistovaný vzduch je pouze voda zbavená svého flogistonu“, …, „voda se tedy skládá z deflogistovaného vzduchu spojeného s flogistonem“

4 Formy vodíku Atomární vodík = 1s1 izotop H vodík D deuterium T tritium
jádro p p+n p+2n M 1 2 3 stabilita + t½12let přirozenost (i když se vyrábí) T vzniká vlivem kosmického záření ve vrchních vrstvách atmosféry.

5 Formy vodíku divodík H2 velmi pevná vazba H-H (dis. energie 436 kJ/mol)  malá reaktivita za běžných podmínek  velká tendence atomů vodíku se slučovat  vodíkové hořáky (svařování Ta, W) ortho- a para- divodík liší se orientací jaderného spinu za běžných podmínek 75% o-H2 vodíkové ionty především v plynném skupenství H+, H2+, H3+, …, H- ortho para

6 Fyzikální vlastnosti divodíku
plyn bez chuti a zápachu, bez barvy velmi malé molekuly, které se navzájem prakticky nepřitahují  nízká hustota  snadná difůze  velmi nízké teploty tání a varu  chování blízké ideálnímu plynu  v kapalinách prakticky nerozpustný  dobře rozpustný v některých kovech

7 Chemické vlastnosti vodíku
H: 1s1 - e + e H+: 1s0 H-: 1s2 podobnost s alkalickými kovy podobnost s halogeny H+ H-

8 Chemické vlastnosti vodíku
Existuje??? H+ + H2O  H3O+

9 Chemické vlastnosti vodíku
H: 1s1 - e + e H+: 1s0 H-: 1s2 podobnost s alkalickými kovy podobnost s halogeny Ve většině sloučenin je vodík vázán jednoduchou kovalentní -vazbou (výjimkou jsou iontové hydridy)

10 Laboratorní příprava vodíku
rozpouštění neušlechtilých kovů v neoxidujících kyselinách (HCl, zř. H2SO4) Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2 Fe + 2 HCl  FeCl2 + H2 rozpouštění Al v roztoku hydroxidu 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  2 Na[Al(OH)4] + 3 H2 hydrolýza iontových hydridů CaH2 + 2 H2O  Ca(OH)2 + 2 H2 elektrolýza okyselené vody (velmi čistý, i D2) používá se i průmyslově (dost drahé) katoda: 2 H3O+ + 2 e-  2 H2O + H2

11 Průmyslová výroba vodíku
ze zemního plynu nebo koksu 1. CH4 + H2O CO + 3 H2 C + H2O CO + H2 2. CO + H2O CO2 + H2 jako vedlejší produkt jiných výrob - výroba sazí CH C + 2 H2 dehydrogenace organických látek (např. výroba styrenu) elektrolýzy vodných roztoků karbonizace uhlí (koksárenský plyn, svítiplyn)

12 Použití vodíku (lahve označeny červeně) výroba HCl, NH3, některé kovy
organické syntézy (syntézní plyn) + ztužování tuků palivo (kosmický výzkum, svařování) vodíkové hospodářství (!?) (jaderná fúze  termojaderné hospodářství) spalovací motory palivové články + skladování energie, ekologie - ekonomika + psychologie

13 Reaktivita vodíku velmi reaktivní, reakce prakticky se vším
atomární vodík velmi reaktivní, reakce prakticky se vším nascentní vodík = vodík ve stavu zrodu = vodík vznikající při rozpouštění neušlechtilých kovů v kyselinách (životnost asi 0,3 s) molekulární vodík za normálních okolností málo reaktivní H2 + F2  2 HF (exploze za tmy a chladu) H2 + PdCl2(aq)  Pd + 2 HCl (důkaz přítomnosti vodíku)

14 Reaktivita vodíku molekulární vodík
po vhodné iniciaci (světlo, teplo, jiskra, katalyzátor) snadno reaguje především s nekovy (jako redukční činidlo) H2 + Cl2  2 HCl 2 H2 + O2  2 H2O 3 H2 + N2  2 NH3 za vyšších teplot reaguje i s kovy, s velmi elektropozitivními kovy vznikají iontové hydridy (vodík jako oxidační činidlo) Ca + H2  CaH2

15 Reaktivita vodíku molekulární vodík typické redukční činidlo
redukce oxidů a sulfidů kovů CuO + H2  Cu + H2O PbS + H2  Pb + H2S redukce a hydrogenace v organické chemii syntézní plyn CO + H2  organika

16 Hydridy binární sloučeniny vodíku s jinými prvky stechiometrie
I.a II.a III.b ....b III.a IV.a V.a VI.a VII.a XH XH2 nestech. XH3 XH4 XH3 H2X HX

17 Hydridy dělení iontové kovové polymerní molekulové
plynulý přechod vlastností !!! v jedné látce několik typů vazby

18 Hydridy iontové hydridy iontové krystaly
příprava přímým slučováním za zvýšené teploty 2 Na + H2  2 NaH Ca + H2  CaH2 velmi reaktivní, velmi silná redukční činidla díky H- vodou se rozkládají za vzniku vodíku a hydroxidu KH + H2O  KOH + H2

19 Hydridy polymerní hydridy neexistují jednoduché molekuly
nedostatek elektronů + nadbytek volných orbitalů  elektronově deficitní vazby reagují s vodou podobně jako iontové kovové hydridy kovy zapojují atomy vodíku do kovové vazby spíše směsi (slitiny) než sloučeniny, tuhé, netěkavé, vodivé okrajové prvky tvoří přechodné typy k iontovým nebo polymerním

20 Hydridy molekulové hydridy
stabilní definované molekuly s polární kovalentní vazbou některé mohou řetězit (B, C, Si, Ge) termická stabilita B2H6 CH4 NH3 H2O HF kyselost

21 Hydridy komplexní hydridy – H– Li[AlH4], Na[BH4] … redukční činidla
[FeH2(CO)4], [CoH(CO)4] … homogenní katalýza

22 Vodíková vazba vodík je schopen „držet pohromadě“ molekuly některých hydridů X ... velmi elektronegativní prvek (F, O, N) Y ... prvek s volným elektronovým párem možnost tvorby vodíkových vazeb silně ovlivňuje vlastnosti body tání a varu vzájemná mísitelnost kapalin, elektrická vodivost struktura molekul (bílkoviny, nukleové kyseliny, polyamidy, …)