Vodik je poseban element koji zauzima dvije ćelije odjednom u Mendeljejevom periodnom sustavu. Nalazi se u dvije grupe elemenata koji imaju suprotna svojstva, a to ga svojstvo čini jedinstvenim. Vodik je jednostavna tvar i sastavni dio mnogo složenih spojeva, organogen je i biogen element. Vrijedi se detaljno upoznati s njegovim glavnim značajkama i svojstvima.

Vodik u periodnom sustavu Mendeljejeva

Glavne značajke vodika navedene su u:

• redni broj elementa je 1 (ima isti broj protona i elektrona);
• atomska masa je 1,00795;
• vodik ima tri izotopa od kojih svaki ima posebna svojstva;
• Zbog sadržaja samo jednog elektrona, vodik je sposoban pokazivati ​​redukcijska i oksidacijska svojstva, a nakon predaje elektrona vodik ima slobodnu orbitalu koja sudjeluje u sastavu kemijske veze donor-akceptorskim mehanizmom;
• vodik je lagani element niske gustoće;
• vodik je jako redukcijsko sredstvo, otvara skupinu alkalijskih metala u prvoj skupini u glavnu podskupinu;
• kada vodik reagira s metalima i drugim jakim redukcijskim agensima, on prihvaća njihov elektron i postaje oksidacijsko sredstvo. Takvi spojevi nazivaju se hidridi. Po ovom svojstvu vodik konvencionalno pripada skupini halogena (u tablici je dat iznad fluora u zagradama), s kojima je sličan.

Vodik kao jednostavna tvar

Vodik je plin čija se molekula sastoji od dva. Ovu tvar otkrio je 1766. godine britanski znanstvenik Henry Cavendish. Dokazao je da je vodik plin koji eksplodira kada reagira s kisikom. Nakon proučavanja vodika, kemičari su otkrili da je ova tvar najlakša od svih poznatih čovjeku.

Drugi znanstvenik, Lavoisier, dao je elementu naziv "hidrogenij", što u prijevodu s latinskog znači "rađanje vode". Godine 1781. Henry Cavendish dokazao je da je voda kombinacija kisika i vodika. Drugim riječima, voda je produkt reakcije vodika i kisika. Zapaljiva svojstva vodika bila su poznata drevnim znanstvenicima: odgovarajuće zapise ostavio je Paracelsus, koji je živio u 16. stoljeću.

Molekularni vodik prirodni je plinoviti spoj uobičajen u prirodi, koji se sastoji od dva atoma i kada se na površinu iznese kao zapaljeni komadić. Molekula vodika može se raspasti na atome koji se pretvaraju u jezgre helija, jer su sposobni sudjelovati u nuklearnim reakcijama. Takvi se procesi redovito događaju u svemiru i na Suncu.

Vodik i njegova fizikalna svojstva

Vodik ima sljedeće fizičke parametre:

• vrije na -252,76 °C;
• tali se na -259,14 °C; *unutar navedenih temperaturnih granica vodik je tekućina bez mirisa i boje;
• Vodik je slabo topljiv u vodi;
• vodik teoretski može prijeći u metalno stanje ako se osigura posebni uvjeti(niske temperature i visoki tlak);
• čisti vodik je eksplozivna i zapaljiva tvar;
• vodik može difundirati kroz debljinu metala, stoga se dobro otapa u njima;
• vodik je 14,5 puta lakši od zraka;
• na visoki krvni tlak mogu se dobiti snježni kristali čvrstog vodika.

Kemijska svojstva vodika

Laboratorijske metode:

• interakcija razrijeđenih kiselina s aktivnim metalima i metalima srednje aktivnosti;
• hidroliza metalnih hidrida;
• reakcija alkalijskih i zemnoalkalijskih metala s vodom.

Vodikovi spojevi:

Vodikovi halogenidi; hlapljivi vodikovi spojevi nemetala; hidridi; hidroksidi; vodikov hidroksid (voda); vodikov peroksid; organski spojevi(proteini, masti, ugljikovodici, vitamini, lipidi, esencijalna ulja, hormoni). Kliknite da vidite sigurne eksperimente za proučavanje svojstava proteina, masti i ugljikohidrata.

Za prikupljanje proizvedenog vodika potrebno je držati epruvetu naopako. Vodik se ne može skupljati kao ugljični dioksid, jer je puno lakši od zraka. Vodik brzo isparava, a pomiješan sa zrakom (ili u velikim nakupinama) eksplodira. Stoga je potrebno epruvetu preokrenuti. Odmah nakon punjenja tuba se zatvara gumenim čepom.

Za ispitivanje čistoće vodika potrebno je prisloniti upaljenu šibicu na grlo epruvete. Ako dođe do tupog i tihog praska, plin je čist, a nečistoće zraka minimalne. Ako je pamuk glasan i zviždi, plin u epruveti je prljav i sadrži veliki udio stranih komponenti.

Pažnja! Ne pokušavajte sami ponoviti ove eksperimente!

VODIK, H (lat. hydrogenium; a. hydrogen; n. Wasserstoff; f. hydrogene; i. hidrogeno), kemijski je element periodnog sustava Mendeljejevljevih elemenata koji se istovremeno svrstava u I. i VII. skupinu, atomskog broja 1. , atomska masa 1, 0079. Prirodni vodik ima stabilne izotope - protij (1 H), deuterij (2 H, ili D) i radioaktivni - tricij (3 H, ili T). Za prirodne spojeve prosječni omjer D/H = (158±2).10 -6 Ravnotežni sadržaj 3 H na Zemlji je ~5.10 27 atoma.

Fizikalna svojstva vodika

Vodik je prvi opisao 1766. engleski znanstvenik G. Cavendish. U normalnim uvjetima, vodik je plin bez boje, mirisa i okusa. U prirodi se nalazi u slobodnom stanju u obliku molekula H2. Energija disocijacije molekule H 2 je 4,776 eV; potencijal ionizacije atoma vodika je 13,595 eV. Vodik je najlakša poznata tvar, pri 0°C i 0,1 MPa 0,0899 kg/m 3 ; t vrenja - 252,6°C, t taljenja - 259,1°C; kritični parametri: t - 240°C, tlak 1,28 MPa, gustoća 31,2 kg/m 3. Toplinski najvodljiviji od svih plinova - 0,174 W/(m.K) na 0°C i 1 MPa, određena toplina 14.208.10 3 J (kg.K).

Kemijska svojstva vodika

Tekući vodik je vrlo lagan (gustoća na -253°C iznosi 70,8 kg/m 3 ) i tekući (na -253°C iznosi 13,8 cP). U većini spojeva vodik pokazuje oksidacijsko stanje +1 (slično alkalijskim metalima), rjeđe -1 (slično metalnim hidridima). Pod normalnim uvjetima, molekularni vodik je neaktivan; topljivost u vodi pri 20°C i 1 MPa 0,0182 ml/g; visoko topljiv u metalima - Ni, Pt, Pd i dr. S kisikom tvori vodu uz oslobađanje topline 143,3 MJ/kg (pri 25°C i 0,1 MPa); na 550°C i više reakcija je popraćena eksplozijom. U interakciji s fluorom i klorom dolazi i do eksplozivnih reakcija. Glavni spojevi vodika: H 2 O, amonijak NH 3, sumporovodik H 2 S, CH 4, metalni i halogeni hidridi CaH 2, HBr, Hl, kao i organski spojevi C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH itd. .

Vodik u prirodi

Vodik je vrlo rasprostranjen element u prirodi, njegov sadržaj je 1% (težinski). Glavni rezervoar vodika na Zemlji je voda (11,19% mase). Vodik je jedan od glavnih sastojaka svih prirodnih organskih spojeva. U slobodnom stanju prisutan je u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima, u (0,0001%, po broju atoma). Čini najveći dio mase Sunca, zvijezda, međuzvjezdanog plina i plinskih maglica. U atmosferama planeta prisutan je u obliku H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH itd. Dio je korpuskularnog zračenja Sunca (tokovi protona) i kozmičkih zraka (elektron teče).

Proizvodnja i uporaba vodika

Sirovine za industrijsku proizvodnju vodika su plinovi rafinerija nafte, produkti rasplinjavanja itd. Glavne metode dobivanja vodika su: reakcija ugljikovodika s vodenom parom, djelomična oksidacija ugljikovodika, oksidna konverzija, elektroliza vode. Vodik se koristi za proizvodnju amonijaka, alkohola, sintetskog benzina, klorovodične kiseline, hidroobradu naftnih derivata i rezanje metala plamenom vodik-kisik.

Vodik je obećavajuće plinovito gorivo. Deuterij i tricij našli su primjenu u nuklearnoj energiji.

Vodik H je najčešći element u Svemiru (oko 75% mase), a na Zemlji je deveti po zastupljenosti. Najvažniji prirodni spoj vodika je voda.
Vodik zauzima prvo mjesto u periodnom sustavu (Z = 1). Ima najjednostavniju atomsku strukturu: jezgru atoma čini 1 proton, okružen elektronskim oblakom koji se sastoji od 1 elektrona.
U nekim uvjetima vodik pokazuje metalna svojstva (donira elektron), dok u drugim pokazuje nemetalna svojstva (prima elektron).
Izotopi vodika koji se nalaze u prirodi su: 1H - protij (jezgra se sastoji od jednog protona), 2H - deuterij (D - jezgra se sastoji od jednog protona i jednog neutrona), 3H - tricij (T - jezgra se sastoji od jednog protona i dva neutroni).

Jednostavna tvar vodik

Molekula vodika sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom nepolarnom vezom.
Fizička svojstva. Vodik je plin bez boje, mirisa, okusa i neotrovan. Molekula vodika nije polarna. Stoga su sile međumolekularnog međudjelovanja u plinovitom vodiku male. To se očituje niskim vrelištem (-252,6 0C) i talištem (-259,2 0C).
Vodik je lakši od zraka, D (po zraku) = 0,069; slabo topljiv u vodi (2 volumena H2 otopi se u 100 volumena H2O). Stoga se vodik, kada se proizvodi u laboratoriju, može prikupiti metodama istiskivanja zraka ili vode.

Proizvodnja vodika

U laboratoriju:

1. Učinak razrijeđenih kiselina na metale:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2. Interakcija između alkalnih i metali s vodom:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2

3. Hidroliza hidrida: metalni hidridi se lako razgrađuju vodom da bi se dobila odgovarajuća lužina i vodik:
NaH +H 2 O → NaOH + H 2
CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

4. Učinak lužina na cink ili aluminij ili silicij:
2Al +2NaOH +6H 2 O → 2Na +3H 2
Zn +2KOH +2H2O → K2 +H2
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

5. Elektroliza vode. Da bi se povećala električna vodljivost vode, dodaje joj se elektrolit, na primjer NaOH, H 2 SO 4 ili Na 2 SO 4. Na katodi nastaju 2 volumena vodika, a na anodi 1 volumen kisika.
2H 2 O → 2H 2 +O 2

Industrijska proizvodnja vodika

1. Pretvorba metana s parom, Ni 800 °C (najjeftinije):
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Ukupno:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vodena para kroz vrući koks na 1000 o C:
C + H 2 O → CO + H 2
CO +H 2 O → CO 2 + H 2

Nastali ugljični monoksid (IV) apsorbira voda i tako nastaje 50% industrijskog vodika.

3. Zagrijavanjem metana na 350°C u prisutnosti katalizatora željeza ili nikla:
CH 4 → C + 2H 2

4. Elektroliza vodenih otopina KCl ili NaCl kao nusprodukta:
2H 2 O + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Kemijska svojstva vodika

• U spojevima je vodik uvijek jednovalentan. Karakterizira ga oksidacijsko stanje +1, ali u metalnim hidridima ono je jednako -1.
• Molekula vodika sastoji se od dva atoma. Pojava veze između njih objašnjava se stvaranjem generaliziranog para elektrona H:H ili H 2
• Zahvaljujući ovoj generalizaciji elektrona, molekula H 2 je energetski stabilnija od svojih pojedinačnih atoma. Za razbijanje 1 mola molekule vodika na atome potrebno je utrošiti 436 kJ energije: H 2 = 2H, ∆H° = 436 kJ/mol
• To objašnjava relativno nisku aktivnost molekularnog vodika pri običnim temperaturama.
• S mnogim nemetalima, vodik tvori plinovite spojeve kao što su RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) Gradi halogenide s halogenima:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Istodobno eksplodira s fluorom, s klorom i bromom reagira samo pri osvjetljavanju ili zagrijavanju, a s jodom samo pri zagrijavanju.

2) s kisikom:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
s oslobađanjem topline. Na normalnim temperaturama reakcija se odvija sporo, iznad 550°C eksplodira. Mješavina 2 volumena H 2 i 1 volumena O 2 naziva se detonirajući plin.

3) Kada se zagrije, snažno reagira sa sumporom (mnogo teže sa selenom i telurijem):
H 2 + S → H 2 S (vodikov sulfid),

4) S dušikom uz stvaranje amonijaka samo na katalizatoru i pri povišenim temperaturama i tlakovima:
ZN 2 + N 2 → 2NH 3

5) S ugljikom na visokim temperaturama:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Gradi hidride s alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima (vodik je oksidacijsko sredstvo):
H 2 + 2Li → 2LiH
u metalnim hidridima vodikov ion je negativno nabijen (oksidacijsko stanje -1), odnosno Na + H hidrid - građen slično Na + Cl kloridu -

Sa složenim tvarima:

7) S metalnim oksidima (koriste se za redukciju metala):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) s ugljikovim monoksidom (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sintetski plin (mješavina vodika i ugljikovog monoksida) ima važnu ulogu praktični značaj, jer ovisno o temperaturi, tlaku i katalizatoru nastaju različiti organski spojevi, npr. HCHO, CH 3 OH i drugi.

9) Nezasićeni ugljikovodici reagiraju s vodikom, postajući zasićeni:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2.

U periodnom sustavu vodik se nalazi u dvije skupine elemenata koji su potpuno suprotni po svojim svojstvima. Ova značajka učiniti ga potpuno jedinstvenim. Vodik nije samo element ili tvar, već je i sastavni dio mnogih složenih spojeva, organogen i biogen element. Stoga, pogledajmo njegova svojstva i karakteristike detaljnije.

Oslobađanje zapaljivog plina tijekom interakcije metala i kiselina uočeno je još u 16. stoljeću, odnosno u vrijeme formiranja kemije kao znanosti. Poznati engleski znanstvenik Henry Cavendish proučavao je tvar počevši od 1766. godine i dao joj naziv “zapaljivi zrak”. Kada je sagorijevao, ovaj plin je proizvodio vodu. Nažalost, znanstvenikovo pridržavanje teorije o flogistonu (hipotetskoj "ultrafinoj materiji") spriječilo ga je da dođe do pravih zaključaka.

Francuski kemičar i prirodoslovac A. Lavoisier, zajedno s inženjerom J. Meunierom i uz pomoć posebnih plinometara, sintetizirao je 1783. vodu, a potom je analizirao razgradnjom vodene pare vrućim željezom. Tako su znanstvenici uspjeli doći do pravih zaključaka. Otkrili su da je “zapaljivi zrak” ne samo dio vode, već se iz nje može dobiti.

Godine 1787. Lavoisier je sugerirao da je plin koji se proučava jednostavna tvar i, prema tome, pripada primarnoj kemijski elementi. Nazvao ga je hidrogen (od grčkih riječi hydor - voda + gennao - rađam), tj. "rađanje vode".

Ruski naziv "vodik" predložio je 1824. kemičar M. Solovjev. Određivanje sastava vode označilo je kraj "teorije flogistona". Na prijelazu iz 18. u 19. stoljeće utvrđeno je da je atom vodika vrlo lagan (u usporedbi s atomima drugih elemenata) te je njegova masa uzeta kao osnovna jedinica za usporedbu atomskih masa, dobivši vrijednost jednaku 1.

Fizička svojstva

Vodik je najlakša tvar poznata znanosti (14,4 puta je lakša od zraka), gustoća mu je 0,0899 g/l (1 atm, 0 °C). Ovaj se materijal tali (skrućuje) i vrije (ukapljuje) na -259,1 °C odnosno -252,8 °C (samo helij ima niže temperature vrenja i taljenja).

Kritična temperatura vodika je izuzetno niska (-240 °C). Zbog toga je njegovo ukapljivanje prilično složen i skup proces. Kritični tlak tvari je 12,8 kgf/cm², a kritična gustoća 0,0312 g/cm³. Među svim plinovima, vodik ima najveću toplinsku vodljivost: pri 1 atm i 0 °C jednaka je 0,174 W/(mxK).

Specifični toplinski kapacitet tvari pri istim uvjetima je 14,208 kJ/(kgxK) ili 3,394 cal/(rx°C). Ovaj element je malo topiv u vodi (oko 0,0182 ml/g pri 1 atm i 20 °C), ali dobro topljiv u većini metala (Ni, Pt, Pa i drugi), posebno u paladiju (oko 850 volumena po volumenu Pd). .

Potonje svojstvo povezano je s njegovom sposobnošću difuzije, a difuzija kroz leguru ugljika (na primjer, čelik) može biti popraćena uništavanjem legure zbog interakcije vodika s ugljikom (taj se proces naziva dekarbonizacija). U tekućem stanju tvar je vrlo lagana (gustoća - 0,0708 g/cm³ pri t° = -253 °C) i tekuća (viskoznost - 13,8 poise pod istim uvjetima).

U mnogim spojevima, ovaj element pokazuje valenciju +1 (oksidacijsko stanje), poput natrija i drugih alkalnih metala. Obično se smatra analogom ovih metala. Prema tome, on je na čelu I. grupe periodnog sustava. U metalnim hidridima vodikov ion pokazuje negativan naboj (oksidacijsko stanje je -1), odnosno Na+H- ima strukturu sličnu Na+Cl- kloridu. U skladu s ovom i nekim drugim činjenicama (blizina fizička svojstva element “H” i halogeni, sposobnost njegove zamjene s halogenima u organskim spojevima) Hidrogen pripada skupini VII periodnog sustava.

U normalnim uvjetima, molekularni vodik ima nisku aktivnost, izravno se spaja samo s najaktivnijim od nemetala (s fluorom i klorom, s potonjim na svjetlu). Zauzvrat, kada se zagrijava, stupa u interakciju s mnogim kemijskim elementima.

Atomski vodik ima povećanu kemijsku aktivnost (u usporedbi s molekulskim vodikom). S kisikom stvara vodu prema formuli:

N₂ + ½O₂ = N2O,

oslobađajući 285,937 kJ/mol topline ili 68,3174 kcal/mol (25 °C, 1 atm). U normalnim temperaturnim uvjetima reakcija se odvija prilično sporo, a pri t° >= 550 °C je nekontrolirana. Granice eksplozivnosti mješavine vodika i kisika po volumenu su 4–94% H₂, a mješavine vodika i zraka 4–74% H₂ (smjesa dva volumena H₂ i jednog volumena O₂ naziva se detonirajući plin).

Ovaj se element koristi za redukciju većine metala, budući da uklanja kisik iz oksida:

Fe3O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H2O,

CuO + H₂ = Cu + H2O, itd.

Vodik tvori vodikove halogenide s različitim halogenima, na primjer:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Međutim, kada reagira s fluorom, vodik eksplodira (to se također događa u mraku, na -252 ° C), s bromom i klorom reagira samo kada se zagrije ili osvijetli, a s jodom - samo kada se zagrije. U interakciji s dušikom nastaje amonijak, ali samo na katalizatoru, kada visoki krvni tlak i temperatura:

ZN₂ + N2 = 2NN3.

Kada se zagrijava, vodik aktivno reagira sa sumporom:

H₂ + S = H₂S (vodikov sulfid),

a mnogo teže s telurom ili selenom. Vodik reagira s čistim ugljikom bez katalizatora, ali na visokim temperaturama:

2H₂ + C (amorfni) = CH4 (metan).

Ova tvar izravno reagira s nekim od metala (alkalijski, zemnoalkalijski i drugi), tvoreći hidride, na primjer:

H₂ + 2Li = 2LiH.

Interakcije između vodika i ugljikovog monoksida (II) od velike su praktične važnosti. U tom slučaju, ovisno o tlaku, temperaturi i katalizatoru, nastaju različiti organski spojevi: HCHO, CH₃OH, itd. Nezasićeni ugljikovodici tijekom reakcije postaju zasićeni, na primjer:

S n N₂ n + N₂ = S n N₂ n ₊₂.

Vodik i njegovi spojevi imaju iznimnu ulogu u kemiji. Određuje kisela svojstva tzv. protinske kiseline, ima tendenciju stvaranja sa različite elemente vodikovu vezu, koja ima značajan utjecaj na svojstva mnogih anorganskih i organskih spojeva.

Proizvodnja vodika

Glavne vrste sirovina za industrijska proizvodnja Ovaj element uključuje plinove rafiniranja nafte, prirodne zapaljive plinove i plinove iz koksnih peći. Također se dobiva iz vode elektrolizom (na mjestima gdje je dostupna struja). Jedan od najvažnije metode Proizvodnja materijala iz prirodnog plina smatra se katalitičkom interakcijom ugljikovodika, uglavnom metana, s vodenom parom (tzv. pretvorba). Na primjer:

CH₄ + H2O = CO + ZN₂.

Nepotpuna oksidacija ugljikovodika s kisikom:

CH4 + ½O₂ = CO + 2H2.

Sintetizirani ugljikov monoksid (II) prolazi kroz konverziju:

CO + H₂O = CO₂ + H2.

Najjeftiniji je vodik proizveden iz prirodnog plina.

Koristi se za elektrolizu vode D.C., koji se propušta kroz otopinu NaOH ili KOH (kiseline se ne koriste kako bi se izbjegla korozija opreme). U laboratorijskim uvjetima materijal se dobiva elektrolizom vode ili kao rezultat reakcije klorovodične kiseline i cinka. Međutim, češće se koristi gotov tvornički materijal u cilindrima.

Ovaj element je izoliran od plinova rafiniranja nafte i koksnog plina uklanjanjem svih ostalih komponenti plinske smjese, budući da se oni lakše ukapljuju tijekom dubokog hlađenja.

Ovaj se materijal počeo industrijski proizvoditi krajem 18. stoljeća. Zatim se koristio za punjenje baloni. Trenutno se vodik široko koristi u industriji, uglavnom u kemijskoj, za proizvodnju amonijaka.

Masovni potrošači tvari su proizvođači metilnih i drugih alkohola, sintetičkog benzina i mnogih drugih proizvoda. Dobivaju se sintezom iz ugljičnog monoksida (II) i vodika. Hidrogen se koristi za hidrogenaciju teških i čvrstih tvari tekuće gorivo, masti itd., za sintezu HCl, hidrotretiranje naftnih derivata, kao i kod rezanja/zavarivanja metala. Najvažniji elementi za nuklearnu energiju su njezini izotopi – tricij i deuterij.

Biološka uloga vodika

Oko 10% mase živih organizama (u prosjeku) dolazi od ovog elementa. Dio je vode i najvažnijih skupina prirodnih spojeva, uključujući proteine, nukleinske kiseline, lipide i ugljikohidrate. Čemu služi?

Ovaj materijal igra odlučujuću ulogu: u održavanju prostorne strukture proteina (kvaternar), u provedbi načela komplementarnosti nukleinske kiseline(tj. u implementaciji i pohranjivanju genetskih informacija), općenito u "prepoznavanju" na molekularnoj razini.

Vodikov ion H+ sudjeluje u važnim dinamičkim reakcijama/procesima u tijelu. Uključujući: u biološkoj oksidaciji, koja živim stanicama daje energiju, u reakcijama biosinteze, u fotosintezi u biljkama, u bakterijskoj fotosintezi i fiksaciji dušika, u održavanju kiselinsko-bazne ravnoteže i homeostaze, u procesima membranskog transporta. Zajedno s ugljikom i kisikom čini funkcionalnu i strukturnu osnovu životnih pojava.

Vodik (paus papir od latinskog: lat. Hydrogenium - hydro = “voda”, gen = “stvarajući”; hidrogenij - “stvarajući vodu”; označava se simbolom H) prvi je element periodnog sustava elemenata. Široko rasprostranjen u prirodi. Kation (i jezgra) najčešćeg izotopa vodika, 1H, je proton. Svojstva jezgre 1H omogućuju široku primjenu NMR spektroskopije u analizi organskih tvari.

Tri izotopa vodika imaju vlastita imena: 1 H - protij (H), 2 H - deuterij (D) i 3 H - tricij (radioaktivan) (T).

Jednostavna tvar vodik - H 2 - je lagani bezbojni plin. Kada se pomiješa sa zrakom ili kisikom, zapaljiv je i eksplozivan. Netoksičan. Topljiv u etanolu i nizu metala: željezo, nikal, paladij, platina.

Priča

Oslobađanje zapaljivog plina tijekom međudjelovanja kiselina i metala uočeno je u 16. i XVII stoljeća u praskozorje formiranja kemije kao znanosti. Mihail Vasiljevič Lomonosov također je izravno ukazivao na njegovu izoliranost, ali je već tada bio definitivno svjestan da se ne radi o flogistonu. Engleski fizičar i kemičar Henry Cavendish ispitivao je ovaj plin 1766. godine i nazvao ga "zapaljivim zrakom". Kada je sagorijevao, "zapaljivi zrak" proizvodio je vodu, ali Cavendishovo pridržavanje teorije o flogistonu spriječilo ga je da donese točne zaključke. Francuski kemičar Antoine Lavoisier, zajedno s inženjerom J. Meunierom, pomoću posebnih gasometara, 1783. godine izvodi sintezu vode, a potom i njezinu analizu, razlažući vodenu paru vrućim željezom. Tako je utvrdio da je “zapaljivi zrak” dio vode i da se iz nje može dobiti.

porijeklo imena

Lavoisier je vodiku dao ime hydrogène (od starogrčkog ὕδωρ - voda i γεννάω - rađam) - "rađanje vode". Ruski naziv "vodik" predložio je kemičar M. F. Solovyov 1824. - po analogiji s "kisikom" M. V. Lomonosova.

Prevalencija

U Svemiru
Vodik je najčešći element u svemiru. Čini oko 92% svih atoma (8% su atomi helija, udio svih ostalih elemenata zajedno manji je od 0,1%). Dakle, vodik je glavni komponenta zvijezde i međuzvjezdani plin. U uvjetima zvjezdanih temperatura (npr. površinska temperatura Sunca je ~ 6000 °C) vodik postoji u obliku plazme; u međuzvjezdanom prostoru ovaj element postoji u obliku pojedinačnih molekula, atoma i iona i može tvoriti molekularni oblaci koji se značajno razlikuju po veličini, gustoći i temperaturi.

Zemljina kora i živi organizmi
Maseni udio vodika u zemljinoj kori je 1% – to je deseti najzastupljeniji element. Međutim, njegova uloga u prirodi nije određena masom, već brojem atoma, čiji je udio među ostalim elementima 17% (drugo mjesto nakon kisika, čiji je udio atoma ~ 52%). Stoga je važnost vodika u kemijskim procesima koji se odvijaju na Zemlji gotovo jednako velika kao i kisika. Za razliku od kisika, koji na Zemlji postoji i u vezanom i u slobodnom stanju, gotovo sav vodik na Zemlji je u obliku spojeva; U atmosferi se nalazi samo vrlo mala količina vodika u obliku jednostavne tvari (0,00005% volumena).
Vodik je dio gotovo svih organskih tvari i prisutan je u svim živim stanicama. U živim stanicama vodik čini gotovo 50% broja atoma.

Priznanica

Industrijske metode dobivanja jednostavnih tvari ovise o obliku u kojem se odgovarajući element nalazi u prirodi, odnosno što može biti sirovina za njegovu proizvodnju. Dakle, kisik, koji je dostupan u slobodnom stanju, dobiva se fizički - izdvajanjem iz tekućeg zraka. Gotovo sav vodik je u obliku spojeva, pa ga koriste za dobivanje kemijske metode. Posebno se mogu koristiti reakcije razgradnje. Jedan od načina za proizvodnju vodika je razgradnja vode električnom strujom.
Osnovni, temeljni industrijska metoda proizvodnja vodika - reakcija metana, koji je dio prirodnog plina, s vodom. Izvodi se na visokoj temperaturi:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 −165 kJ

Jedna od laboratorijskih metoda za dobivanje vodika, koja se ponekad koristi u industriji, je razgradnja vode električnom strujom. Obično se vodik proizvodi u laboratoriju reakcijom cinka s klorovodičnom kiselinom.