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“

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“

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“

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.

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

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

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

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

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)

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

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 CH4 C + 2 H2 dehydrogenace organických látek (např. výroba styrenu) elektrolýzy vodných roztoků karbonizace uhlí (koksárenský plyn, svítiplyn)

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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, …)