Značka: H Latinsky: hydrogenium Anglicky: hydrogen VODÍK Značka: H Latinsky: hydrogenium Anglicky: hydrogen

historie 1766 – Cavendish H. – izolace a identifikace plynu (1781 – voda není prvek) 1783 – Lavoisier A. L. – návrh názvu hydrogen (z řeckého ydor geinomai = vodu tvořící) 1810 – 15 – Davy H. – základ kyselin 1909 – Sørensen S. P. L. – pH stupnice 1920 – Latimer W. M., Rodebush W. H. – pojem vodíkové vazby

1923 – Brønsted J. N. – teorie kyselin a zásad 1924 – Mecke R. – ortho- a para- vodík 1932 – Urey H. C. – objev D (1934 N. c.) 1934 – Oliphant M. L. E., Harteck P., Rutherford E. – příprava T 1946 – Purcell E. M., Torrey H. C., Pound R. V., Bloch F., Hansen W. W., Packard M. E. – důkaz vodíku ve sloučeninách pomocí NMR

Izotopy a výskyt protony neutrony H 1 0 D 1 1 T 1 2 H na Zemi: 0,88 % (0,016 % D ve vodíku) – 9. 15,4 % atomů zemské kůry – 3. H ve vesmíru: 75 % hmoty (90 % atomů)

H2 D2 T2 T tání (K) 13,96 18,73 20,62 T varu (K) 20,39 23,67 25,04 disociační teplo (kJ/mol) 435,88 443,35 446,9 mezijaderná vzdál. (pm) 74,14 74,14 (74,14)

ortho- a para- vodík ortho-vodík - paralelní uspořádání jaderných spinů → třikrát degenerovný stav para-vodík (nižší energie) - antiparalelní usp. jaderných spinů → nedegenerovný stav zakázaný triplet-singletový přechod

rovnováha mezi ortho- a para- pro H2 D2 a T2

Ionizované formy ionizační energie = 1,311 kJ/mol → H+ (r = 1,5.10-3 pm); vázaný (H3O+) elektronová afinita → H-, deformovatelnost H2+ krajně nestálý H3+ trojúhelníková struktura stabilnější než lineární

Příprava vodíku elektropozitivní kovy + H2O/zředěná kys. amalgam Na/Ca + H2O Zn + HCl Al/FeSi + NaOH hydrid kovu + H2O elektrolyticky (okyselená H2O)

Výroba vodíku elektrolýza (horký Ba(OH)2) elektrolýza (KOH) elektrolýza (solanka, pouze vedlejší produkt) uhlovodík/koks + H2O (g): C3H8 + 3 H2O → 3 CO + 7 H2 (900 °C, katalyzátor) CO + H2O → CO2 + H2 odpařování CH3OH a H2O

Použití vodíku syntéza amoniaku, chlorovodíku, hydridy kovů katalytická hydrogenace tekutých rostlinných olejů na tuhé jedlé tuky velkovýroba organických sl. (methanol) metalurgie (redukce oxidů na kovy) ve směsi s kyslíkem → sváření a řezání, raketové palivo kapalný → v bublinových komorách

Deuterium a tritium příprava: z těžké vody použití: vliv izotopů na reakce, v NMR, moderátor v jaderném průmyslu (D2O) vznik: jaderné reakce indukované kosmickým zářením v horních vrstvách atm. výroba: ozáření obohaceného 6Li neutrony použití: značkování, mechanismy a kinetika reakcí

Reaktivita reakce za normální teploty: s F za tmy, s vodným roztokem PdCl2 (důkaz přítomnosti vodíku) reakce při vyšších teplotách: s kovy a nekovy za vzniku hydridů (až explozivně) průmysl: hydrogenace a hydroformylace (vyšší T i p, sl. Co - kat.) org. l.; Haberův proces výroby amoniaku (vyšší T i p, Fe – kat.)

Rovnovážná konstanta Brønstedova teorie kyselin a zásad autoprotolýza vody: 2 H2O → H3O+ + OH- K = [H3O+][OH-]/[H2O]2 → Kw = [H3O+][OH-] - závisí na teplotě kyseliny zvyšují [H3O+] → KA velké, pKA malé - síla kys. roste s atomovým číslem pH (Sørensen) = - log[H3O+] (z francouzkého puissance d‘hydrogene)

Vodíková vazba (můstek) slabá interakce → H vázaný mezi dvěma nebo více atomy snížení energie systému úhel 150 – 180 ° vliv na vlastnosti a strukturu (vznik větších strukturních jednotek, konformace polypeptidů, nukleové kyseliny)

Síla můstku ΔH298 < 25 kJ/mol - slabé; H2S, MeOH, H2O, … - středně silné; FH, … ΔH298 > 35 kJ/mol - silné; asi nejsilnější je vazba mezi HCOOH a F- třístředová čtyřelektronová vazba

Vliv můstku na fyzikální vlastnosti zvyšuje teploty tání a varu, výparné teplo vliv na: rozpustnost, mísitelnost, směšovací teplo, rozdělovací vlastnosti fází, vznik azeotropů, citlivost chromatografických dělení, viskozitu, elektrické vlastnosti pevných a kapalných látek orientace má vliv na relativní permitivitu stálá elektrická polarizace feroelektrických kr. zvyšuje iontovou pohyblivost a vodivost H3O+ a OH- ve vodných roztocích

Vliv můstku na strukturu modifikace α (vrstevnatá struktura) 265 pm modifikace β (řetězce)

Informace o vodíkové vazbě IR + Raman: vlnočty valenčních vibrací A-H se snižují a deformačních se zvyšují; roste šířka a intenzita; 20-200 cm-1 nové valenční a deformační vibrace - efekty korelují se sílou vazby NMR (výrazný chemický posun): o disociaci vazby a o výměnné době protonů - snížení stínění, zvýšení posunu

Hydridy hlavní skupiny kromě vzácných plynů, lanthanoidy, aktinoidy, přechodné elektropozitivní podle povahy vazby: - iontové - kovalentní (molekulové) - polymerní (elektronově deficitní vazby) - kovové - kombinované

I. a II.A – reakce přímo s vodíkem – bílé, krystalické, stechiometrické (MX, MX2) - Li, Mg, Be – sklon ke kovalentní vazbě - struktura NaCl a TiO2/ortorombická PbCl2 - tepelná stálost klesá od Li k Cs, od Ca k Ba - reaktivita: - čistota a velikost částic - od Li k Cs a od Ca k Ba vzrůstá; Ca méně reaktivní než Li - reakce s vodou: Rb a Cs samozápalné na suchém vzduchu

III.B (+ lanthanoidy, aktinoidy) – Sc, Y, La, Ac, většina aktinoidů a lanthanoidů (MH2); YbH2,5 - MH3 (3. vodík někdy slabě vázán); větší Ln (La, Ce, Pr, Nd) oktaedrické polohy vodíku (Li3Bi); menší Ln + aktinoidy a Y (HoH3) - UH3 – normální β-modifikace (krychlová, příprava nad 200 °C); feromagnetické, kovové vlastnosti, reaktivní prášek, k čištění a regeneraci H a D

IV.B – složení a struktura je proměnlivá; čisté MH2, kovový vzhled, fluoritová (Ti) nebo tetragonální (Zr, Hf) struktura V.B – málo stabilní VI.B – CrH připraven elektrolyticky Vodíková mezera III. – VII.A – kovalentní molekulové; pevnost vazeb a teplotní stálost klesá s rostoucím atomovým číslem (ve skupině) - III.A – rozsáhlé řetězení

zdroje http://cs.wikipedia.org/wiki/ Greenwood N. N., Earnshaw A.: Chemie prvků I