Vodik je poseben element, ki zaseda dve celici hkrati v periodnem sistemu Mendelejeva. Nahaja se v dveh skupinah elementov z nasprotnimi lastnostmi, zaradi česar je edinstven. Vodik je preprosta snov in delštevilne kompleksne spojine, je organogen in biogeni element. Vredno se je podrobno seznaniti z njenimi glavnimi lastnostmi in lastnostmi.

Vodik v periodičnem sistemu Mendelejeva

Glavne lastnosti vodika so navedene v:

• redna številka elementa - 1 (enako število protonov in elektronov je enako);
• atomska masa je 1,00795;
• vodik ima tri izotope, od katerih ima vsak posebne lastnosti;
• zaradi vsebnosti samo enega elektrona lahko vodik kaže redukcijske in oksidacijske lastnosti, po sprostitvi elektrona pa ima vodik prosto orbito, ki sodeluje pri sestavi kemijske vezi z donatorsko-akceptorskim mehanizmom;
• vodik je lahek element z nizko gostoto;
• vodik je močno redukcijsko sredstvo, odpre skupino alkalijskih kovin v prvi skupini glavne podskupine;
• ko vodik reagira s kovinami in drugimi močnimi redukcijskimi sredstvi, sprejme njihov elektron in postane oksidant. Takšne spojine imenujemo hidridi. V skladu z navedenim atributom vodik konvencionalno spada v skupino halogenov (v tabeli je v oklepajih naveden nad fluorom), s katerim je podoben.

Vodik kot preprosta snov

Vodik je plin, ki ima dve molekuli. To snov je leta 1766 odkril britanski znanstvenik Henry Cavendish. Dokazal je, da je vodik plin, ki eksplodira v kombinaciji s kisikom. Po preučevanju vodika so kemiki ugotovili, da je ta snov najlažja od vseh, ki jih človek pozna.

Drugi znanstvenik, Lavoisier, je elementu dal ime "hidrogenij", kar v latinščini pomeni "rojstvo vode". Leta 1781 je Henry Cavendish dokazal, da je voda kombinacija kisika in vodika. Z drugimi besedami, voda je produkt reakcije vodika s kisikom. Vnetljive lastnosti vodika so poznali že stari znanstveniki: ustrezne zapise je pustil Paracelsus, ki je živel v 16. stoletju.

Molekularni vodik je naravno prisotna plinasta spojina, ki je v naravi zelo razširjena in je sestavljena iz dveh atomov in ko nastane goreč žarek. Molekula vodika lahko razpade na atome, ki se spremenijo v helijeva jedra, saj lahko sodelujejo v jedrskih reakcijah. Takšni procesi se redno odvijajo v vesolju in na Soncu.

Vodik in njegove fizikalne lastnosti

Vodik ima naslednje fizikalne parametre:

• vre pri temperaturi -252,76 ° C;
• se tali pri temperaturi -259,14 ° C; * v določenem temperaturnem območju je vodik tekočina brez vonja in barve;
• vodik je rahlo topen v vodi;
• vodik lahko teoretično preide v kovinsko stanje posebni pogoji(nizke temperature in visok tlak);
• čisti vodik je eksplozivna in vnetljiva snov;
• vodik se lahko razprši po debelini kovin, zato se v njih dobro raztopi;
• vodik je 14,5 -krat lažji od zraka;
• ob visok pritisk lahko dobite snežne kristale trdnega vodika.

Kemijske lastnosti vodika

Laboratorijske metode:

• interakcija razredčenih kislin z aktivnimi kovinami in kovinami srednje aktivnosti;
• hidroliza kovinskih hidridov;
• reakcija z vodo alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin.

Vodikove spojine:

Vodikovi halogenidi; hlapne vodikove spojine nekovin; hidridi; hidroksidi; vodikov hidroksid (voda); vodikov peroksid; organske spojine(beljakovine, maščobe, ogljikovodiki, vitamini, lipidi, esencialna olja, hormoni). Kliknite za ogled varnih poskusov, ki raziskujejo lastnosti beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov.

Če želite zbrati nastali vodik, držite cev obrnjeno navzdol. Vodika ni mogoče zbrati tako ogljikov dioksid, ker je veliko lažji od zraka. Vodik hitro izhlapi in ob mešanju z zrakom (ali v veliki kopičini) eksplodira. Zato je treba cev obrniti. Takoj po polnjenju se cev zapre z gumijastim zamaškom.

Če želite preveriti čistost vodika, morate prinesti prižgano vžigalico na vrat epruvete. Če pride do dolgočasnega in tihega bombaža, je plin čist, nečistoč zraka pa je minimalno. Če je ploskanje glasno in piskajoče, je plin v epruveti umazan in vsebuje velik delež tujih sestavin.

Pozor! Teh izkušenj ne preizkušajte sami!

VODIK, H (lat. Hidrogenij; a. Vodik; N. Wasserstoff; F. vodik; in. Hidrogeno), je kemični element Mendeljejevega periodičnega sistema elementov, ki se hkrati nanaša na skupine I in VII, atomska številka 1, atomska masa 1, 0079. Naravni vodik ima stabilne izotope - protij (1 H), devterij (2 H ali D) in radioaktivni - tritij (3 H ali T). Za naravne spojine je povprečno razmerje D / H = (158 ± 2) .10 -6 Ravnotežna vsebnost 3 H na Zemlji je ~ 5,10 27 atomov.

Fizikalne lastnosti vodika

Vodik je leta 1766 prvi opisal angleški znanstvenik G. Cavendish. V normalnih pogojih je vodik plin brez barve, vonja in okusa. V naravi je v prostem stanju v obliki molekul H 2. Energija disociacije molekule H2 je 4,776 eV; ionizacijski potencial vodikovega atoma je 13,595 eV. Vodik je najlažja od vseh znanih snovi pri 0 ° C in 0,1 MPa 0,0899 kg / m 3; vrelišče - 252,6 ° С, tališče - 259,1 ° С; kritični parametri: t - 240 ° C, tlak 1,28 MPa, gostota 31,2 kg / m 3. Najbolj toplotno prevoden od vseh plinov - 0,174 W / (m.K) pri 0 ° C in 1 MPa, Specifična toplota 14,208,10 3 J (kg.K).

Kemijske lastnosti vodika

Tekoči vodik je zelo lahek (gostota pri -253 ° C 70,8 kg / m 3) in tekoč (pri -253 ° C je enak 13,8 cP). V večini spojin ima vodik oksidacijsko stanje +1 (podobno kot alkalne kovine), redkeje -1 (podobno kot kovinski hidridi). V normalnih pogojih je molekularni vodik neaktiven; topnost v vodi pri 20 ° C in 1 MPa 0,0182 ml / g; dobro topen v kovinah - Ni, Pt, Pd itd. Tvori vodo s kisikom s sproščanjem toplote 143,3 MJ / kg (pri 25 ° C in 0,1 MPa); pri 550 ° C in več, reakcijo spremlja eksplozija. Pri interakciji s fluorom in klorom reakcije potekajo tudi z eksplozijo. Osnovne vodikove spojine: H 2 O, amoniak NH 3, vodikov sulfid H 2 S, CH 4, kovinski hidridi in halogeni CaH 2, HBr, Hl ter organske spojine C 2 H 4, HCHO, CH 3 OH itd .

Vodik v naravi

Vodik je v naravi razširjen element, njegova vsebnost je 1 mas.%. Glavni rezervoar vodika na Zemlji je voda (11,19%, po masi). Vodik je ena glavnih sestavin vseh naravnih organskih spojin. V prostem stanju je prisoten v vulkanskih in drugih naravnih plinih v (0,0001%, glede na število atomov). Sestavlja glavnino mase Sonca, zvezd, medzvezdnega plina in plinastih meglic. V atmosferah planetov je prisoten v obliki H 2, CH 4, NH 3, H 2 O, CH, NHOH itd. Je del korpuskularnega sevanja Sonca (protonski tokovi) in kozmičnih žarkov ( elektronski tok).

Proizvodnja in uporaba vodika

Surovine za industrijsko proizvodnjo vodika so rafinerijski plini, produkti uplinjanja itd. Glavne metode pridobivanja vodika: reakcija ogljikovodikov s paro, nepopolna oksidacija ogljikovodikov, pretvorba oksida, elektroliza vode. Vodik se uporablja za proizvodnjo amoniaka, alkoholov, sintetičnega bencina, klorovodikove kisline, vodno obdelavo naftnih derivatov, rezanje kovin s plamenom vodik-kisik.

Vodik je obetavno plinsko gorivo. Devterij in tritij sta našla uporabo v jedrski energiji.

Vodik H je najpogostejši element v vesolju (približno 75% mase), na Zemlji - deveti po številu. Najpomembnejša naravna spojina vodika je voda.
Vodik je na prvem mestu v periodnem sistemu (Z = 1). Ima najpreprostejšo atomsko strukturo: jedro atoma - 1 proton, obdano z elektronskim oblakom, sestavljenim iz 1 elektrona.
V nekaterih pogojih ima vodik kovinske lastnosti (se odreče elektronu), v drugih - nekovinski (sprejme elektron).
V naravi se pojavljajo vodikovi izotopi: 1H - protij (jedro je sestavljeno iz enega protona), 2H - devterij (D - jedro je sestavljeno iz enega protona in enega nevtrona), 3H - tritij (T - jedro je sestavljeno iz enega protona in dveh nevtronov ).

Enostavna snov vodik

Molekula vodika je sestavljena iz dveh atomov, povezanih s kovalentno nepolarno vezjo.
Fizične lastnosti. Vodik je brezbarven plin, brez vonja, okusa, nestrupen. Molekula vodika ni polarna. Zato so sile medmolekularne interakcije v plinastem vodiku majhne. To se kaže pri nizkih vreliščih (-252,6 ° C) in taljenju (-259,2 ° C).
Vodik je lažji od zraka, D (po zraku) = 0,069; rahlo topen v vodi (100 volumnov H2O raztopi 2 volumna H2). Zato se vodik, ko se proizvaja v laboratoriju, lahko zbira z metodami izpodrivanja zraka ali vode.

Proizvodnja vodika

V laboratoriju:

1. Delovanje razredčenih kislin na kovine:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2. Interakcija alkalnih in u-z kovine z vodo:
Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

3. Hidroliza hidridov: kovinski hidridi se zlahka razgradijo z vodo, da tvorijo ustrezno alkalijo in vodik:
NaH + H 2 O → NaOH + H 2
CaH 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + 2H 2

4. Delovanje alkalij na cink ali aluminij ali 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. Za povečanje električne prevodnosti vode ji dodamo elektrolit, na primer NaOH, H 2 SO 4 ali Na 2 SO 4. Na katodi nastaneta 2 volumna vodika, na anodi - 1 prostornina kisika.
2H 2 O → 2H 2 + O 2

Industrijska proizvodnja vodika

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

Skupaj:
CH 4 + 2 H 2 O → 4 H 2 + CO 2

2. Vodna para skozi segret koks pri 1000 ° С:
C + H 2 O → CO + H 2
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Nastali ogljikov monoksid (IV) absorbira voda, na ta način dobimo 50% industrijskega vodika.

3. Segrevanje metana na 350 ° C v prisotnosti železovega ali nikljevega katalizatorja:
CH 4 → C + 2H 2

4. Z elektrolizo vodnih raztopin KCl ali NaCl kot stranskega produkta:
2Н 2 О + 2NaCl → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

Kemijske lastnosti vodika

• V spojinah je vodik vedno monovalenten. Zanj je značilno oksidacijsko stanje +1, v kovinskih hidridih pa -1.
• Molekula vodika je sestavljena iz dveh atomov. Pojav vezi med njima je razložen s tvorbo posplošenega para elektronov H: H ali H 2
• Zaradi te posplošitve elektronov je molekula H2 energetsko stabilnejša od posameznih atomov. Za razbijanje molekule na atome v 1 molu vodika je potrebno porabiti energijo 436 kJ: Н 2 = 2Н, ∆H ° = 436 kJ / mol
• To pojasnjuje relativno nizko aktivnost molekularnega vodika pri običajnih temperaturah.
• Z mnogimi nekovinami vodik tvori plinaste spojine, kot so RH 4, RH 3, RH 2, RH.

1) S halogeni tvori vodikove halogenide:
H 2 + Cl 2 → 2HCl.
Hkrati eksplodira s fluorom, reagira s klorom in bromom le pri osvetlitvi ali segrevanju, z jodom pa le pri segrevanju.

2) S kisikom:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
s sproščanjem toplote. Pri običajnih temperaturah reakcija poteka počasi, nad 550 ° C - z eksplozijo. Mešanica 2 volumnov H 2 in 1 prostornine O 2 se imenuje eksplozivni plin.

3) Pri segrevanju močno reagira z žveplom (veliko težje s selenom in telurijem):
H 2 + S → H 2 S (vodikov sulfid),

4) Z dušikom s tvorbo amoniaka samo na katalizatorju in pri povišanih temperaturah in tlakih:
ЗН 2 + N 2 → 2НН 3

5) Z ogljikom pri visokih temperaturah:
2H 2 + C → CH 4 (metan)

6) Tvori hidride z alkalnimi in zemeljskoalkalijskimi kovinami (vodik je oksidant):
Н 2 + 2Li → 2LiH
v kovinskih hidridih je vodikov ion negativno nabit (oksidacijsko stanje -1), to je hidrid Na + H - je zgrajen kot klorid Na + Cl -

S kompleksnimi snovmi:

7) S kovinskimi oksidi (uporabljajo se za redukcijo kovin):
CuO + H 2 → Cu + H 2 O
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

8) z ogljikovim monoksidom (II):
CO + 2H 2 → CH 3 OH
Sinteza - pomemben je plin (mešanica vodika in ogljikovega monoksida) praktični pomen, mk, odvisno od temperature, tlaka in katalizatorja nastanejo različne organske spojine, na primer HCHO, CH3OH in druge.

9) Nenasičeni ogljikovodiki reagirajo z vodikom in se spremenijo v nasičene:
C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2.

V periodnem sistemu se vodik nahaja v dveh skupinah elementov, ki sta po svojih lastnostih popolnoma nasprotni. Ta funkcija naj bo popolnoma edinstven. Vodik ni le element ali snov, ampak je tudi sestavni del številnih kompleksnih spojin, organogeni in biogeni element. Zato bomo podrobneje preučili njegove lastnosti in lastnosti.

Sproščanje gorljivega plina med medsebojnim delovanjem kovin in kislin so opazili že v 16. stoletju, torej med nastajanjem kemije kot znanosti. Sloviti angleški znanstvenik Henry Cavendish je snov preučeval od leta 1766 in ji dal ime "gorljiv zrak". Pri gorenju je ta plin proizvedel vodo. Na žalost mu je znanstvena pripadnost teoriji flogistona (hipotetične "superfine snovi") preprečila, da bi prišel do pravilnih zaključkov.

Francoski kemik in naravoslovec A. Lavoisier je skupaj z inženirjem J. Meunierjem in s pomočjo posebnih števcev plina leta 1783 izvedel sintezo vode, nato pa njeno analizo s pomočjo razgradnje vodne pare z vročim železom. Tako so znanstveniki lahko prišli do pravilnih zaključkov. Ugotovili so, da "gorljiv zrak" ni le del vode, ampak ga je mogoče tudi pridobiti.

Leta 1787 je Lavoisier postavil domnevo, da je preučevani plin preprosta snov in zato pripada številu primarnih kemični elementi... Poimenoval ga je vodik (iz grških besed hydor - voda + gennao - rodim), se pravi »rojevanje vode«.

Rusko ime "vodik" je leta 1824 predlagal kemik M. Soloviev. Določitev sestave vode je pomenila konec "teorije flogistona". Na prelomu iz 18. v 19. stoletje je bilo ugotovljeno, da je atom vodika zelo lahek (v primerjavi z atomi drugih elementov), ​​njegova masa pa je bila vzeta kot glavna enota za primerjavo atomskih mas, saj je prejela vrednost, ki je enaka 1.

Fizične lastnosti

Vodik je najlažji od vseh znanih snovi (14,4 -krat lažji od zraka), njegova gostota je 0,0899 g / l (1 atm, 0 ° C). Ta material se topi (strdi) in vre (utekočini) pri -259,1 ° C oziroma -252,8 ° C (le helij ima nižje vrelišča in tališča).

Kritična temperatura vodika je izredno nizka (-240 ° C). Zaradi tega je njegovo utekočinjanje precej zapleten in drag proces. Kritični tlak snovi je 12,8 kgf / cm², kritična gostota pa 0,0312 g / cm³. Med vsemi plini ima vodik najvišjo toplotno prevodnost: pri 1 atm in 0 ° C je enak 0,174 W / (mxK).

Specifična toplotna zmogljivost snovi pod enakimi pogoji je 14,208 kJ / (kgxK) ali 3,394 cal / (gx ° C). Ta element je rahlo topen v vodi (približno 0,0182 ml / g pri 1 atm in 20 ° C), vendar dobro - v večini kovin (Ni, Pt, Pa in drugi), zlasti v paladiju (približno 850 volumnov na volumen Pd) .

Slednja lastnost je povezana z njeno sposobnostjo difuzije, medtem ko lahko difuzijo skozi ogljikovo zlitino (na primer jeklo) spremlja uničenje zlitine zaradi interakcije vodika z ogljikom (ta postopek se imenuje razogljičenje). V tekočem stanju je snov zelo lahka (gostota - 0,0708 g / cm³ pri t ° = -253 ° C) in tekoča (viskoznost - 13,8 cpoise pod enakimi pogoji).

V mnogih spojinah ta element kaže valenco +1 (oksidacijsko stanje), tako kot natrij in druge alkalne kovine. Običajno velja za analogno tem kovinam. V skladu s tem vodi prvo skupino sistema Mendeljejev. V kovinskih hidridih ima vodikov ion negativen naboj (oksidacijsko stanje -1), to pomeni, da ima Na + H- strukturo, podobno Na + Cl-kloridu. V skladu s tem in nekaterimi drugimi dejstvi (bližina fizične lastnosti element "H" in halogeni, možnost, da ga nadomestimo s halogeni v organskih spojinah) Vodik spada v VII skupino sistema Mendeljejev.

V normalnih pogojih ima molekularni vodik nizko aktivnost, ki se neposredno kombinira le z najbolj aktivnimi nekovinami (s fluorom in klorom, pri čemer je slednji v svetlobi). Pri segrevanju pa deluje z mnogimi kemičnimi elementi.

Atomski vodik ima povečano kemijsko aktivnost (v primerjavi z molekularnim vodikom). S kisikom tvori vodo po formuli:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

sproščanje 285.937 kJ / mol toplote ali 68.3174 kcal / mol (25 ° C, 1 atm). Pri normalnih temperaturnih pogojih reakcija poteka precej počasi in pri t °> = 550 ° C - nenadzorovano. Mejne vrednosti eksplozivnosti mešanice vodika in kisika so 4–94% H₂, mešanica vodika + zraka pa 4–74% H₂ (mešanica dveh volumnov H₂ in enega volumna O₂ se imenuje detonacijski plin).

Ta element se uporablja za zmanjšanje večine kovin, saj kisik vzame iz oksidov:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O itd.

Z različnimi halogeni vodik tvori vodikove halogenide, na primer:

H2 + Cl2 = 2HCl.

Pri reakciji s fluorom pa vodik eksplodira (to se zgodi tudi v temi, pri -252 ° C), reagira z bromom in klorom le pri segrevanju ali osvetljevanju, z jodom pa le pri segrevanju. Pri interakciji z dušikom nastane amoniak, vendar le na katalizatorju, z visoki pritiski in temperatura:

ЗН₂ + Н₂ = 2НН₃.

Pri segrevanju vodik aktivno reagira z žveplom:

Н₂ + S = H₂S (vodikov sulfid),

in veliko težje - s telurijem ali selenom. Vodik reagira s čistim ogljikom brez katalizatorja, vendar pri visokih temperaturah:

2H₂ + C (amorfno) = CH₄ (metan).

Ta snov neposredno reagira z nekaterimi kovinami (alkalijami, alkalnimi zemeljskimi in drugimi) in tvori hidride, na primer:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Interakcije vodika in ogljikovega monoksida (II) so velikega praktičnega pomena. V tem primeru glede na tlak, temperaturo in katalizator nastanejo različne organske spojine: НСНО, СН₃ОН itd. Nenasičeni ogljikovodiki med reakcijo preidejo v nasičene, na primer:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Vodik in njegove spojine imajo v kemiji izjemno vlogo. Določa kisle lastnosti t.i. protonske kisline, ponavadi nastane s različne elemente vodikove vezi, ki pomembno vpliva na lastnosti številnih anorganskih in organskih spojin.

Proizvodnja vodika

Glavne vrste surovin za industrijsko proizvodnjo tega elementa so plini rafinerije, naravni gorljivi in ​​koksarni plini. Pridobivajo ga tudi iz vode z elektrolizo (kjer je na voljo elektrika). Eden od bistvene metode Proizvodnja materiala iz zemeljskega plina velja za katalitično interakcijo ogljikovodikov, predvsem metana, z vodno paro (tako imenovana pretvorba). Na primer:

SN₄ + H₂О = СО + ЗН₂.

Nepopolna oksidacija ogljikovodikov s kisikom:

CH₄ + ½O₂ = CO + 2H₂.

Sintetizirani ogljikov monoksid (II) se pretvori:

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Najcenejši je vodik, proizveden iz zemeljskega plina.

Uporablja se za elektrolizo vode D.C., ki prehaja skozi raztopino NaOH ali KOH (kisline se ne uporabljajo za preprečevanje korozije aparata). V laboratorijskih pogojih se material pridobi z elektrolizo vode ali kot posledica reakcije med klorovodikovo kislino in cinkom. Vendar pogosteje uporabljajo že pripravljen tovarniški material v jeklenkah.

Ta element iz rafinerijskih plinov in koksalnega plina izoliramo tako, da odstranimo vse ostale sestavine plinske mešanice, saj se med globokim hlajenjem lažje utekočinijo.

Ta material so začeli industrijsko pridobivati ​​konec 18. stoletja. Nato so ga uporabili za polnjenje baloni... Trenutno se vodik pogosto uporablja v industriji, predvsem v kemični industriji, za proizvodnjo amoniaka.

Masovni porabniki snovi so proizvajalci metilnih in drugih alkoholov, sintetičnega bencina in številnih drugih izdelkov. Pridobivajo jih s sintezo iz ogljikovega monoksida (II) in vodika. Vodik se uporablja za hidrogeniranje težkih in trdih tekoče gorivo, maščobe itd., za sintezo HCl, hidrotretiranje naftnih derivatov, pa tudi za rezanje / varjenje kovin. Bistveni elementi za jedrsko energijo sta njena izotopa - tritij in devterij.

Biološka vloga vodika

Približno 10% mase živih organizmov (v povprečju) pade na ta element. Je del vode in najpomembnejše skupine naravnih spojin, vključno z beljakovinami, nukleinskimi kislinami, lipidi, ogljikovimi hidrati. Za kaj je to?

Ta material ima odločilno vlogo: pri ohranjanju prostorske strukture beljakovin (kvartar), pri izvajanju načela komplementarnosti nukleinska kislina(tj. pri izvajanju in shranjevanju genetskih informacij), na splošno pri "prepoznavanju" na molekularni ravni.

Vodikov ion H + sodeluje pri pomembnih dinamičnih reakcijah / procesih v telesu. Vključno z: pri biološki oksidaciji, ki živim celicam zagotavlja energijo, v reakcijah biosinteze, pri fotosintezi v rastlinah, pri fotosintezi bakterij in fiksaciji dušika, pri vzdrževanju kislinsko-bazičnega ravnovesja in homeostaze, v membranskih transportnih procesih. Skupaj z ogljikom in kisikom tvori funkcionalno in strukturno osnovo pojavov življenja.

Vodik (sledilni papir iz latinščine: latinščina Hydrogenium - hidro = "voda", gen = "ustvarja"; vodik - "voda, ki proizvaja"; označen s simbolom H) je prvi element periodnega sistema elementov. V naravi zelo razširjen. Kation (in jedro) najbolj razširjenega vodikovega izotopa, 1 H, je proton. Lastnosti jedra H omogočajo široko uporabo NMR spektroskopije pri analizi organskih snovi.

Trije izotopi vodika imajo lastna imena: 1 H - protij (H), 2 H - devterij (D) in 3 H - tritij (radioaktivno) (T).

Preprosta snov vodik - H 2 - lahek brezbarven plin. Je vnetljiv in eksploziven, če se pomeša z zrakom ali kisikom. Nestrupeno. Raztopimo v etanolu in številnih kovinah: železu, niklju, paladiju, platini.

Zgodovina

Sproščanje gorljivega plina med medsebojnim delovanjem kislin in kovin so opazili v XVI XVII stoletja ob zori oblikovanja kemije kot znanosti. Tudi Mihail Vasiljevič Lomonosov je neposredno pokazal na njeno ločitev, vendar se je že zagotovo zavedal, da to ni phlogiston. Angleški fizik in kemik Henry Cavendish je leta 1766 raziskal ta plin in ga imenoval "vnetljiv zrak". Pri sežiganju je "gorljiv zrak" proizvedel vodo, vendar mu je Cavendishovo držanje teorije flogistona preprečilo pravilne zaključke. Francoski kemik Antoine Lavoisier je skupaj z inženirjem J. Meunierjem s pomočjo posebnih števcev plina leta 1783 sintetiziral vodo, nato pa jo analiziral in razgradil vodno paro z vročim železom. Tako je ugotovil, da je "gorljiv zrak" del vode in ga je mogoče dobiti iz njega.

izvor imena

Lavoisier je vodiku dal ime hidrogen (iz starogrščine ὕδωρ - voda in γεννάω - roditi) - "rojstvo vode". Rusko ime "vodik" je kemik MF Soloviev predlagal leta 1824 - po analogiji s "kisikom" MV Lomonosova.

Razširjenost

V vesolju
Vodik je najpogostejši element v vesolju. Predstavlja približno 92% vseh atomov (8% je atomov helija, delež vseh drugih elementov skupaj je manjši od 0,1%). Tako je vodik glavni komponenta zvezde in medzvezdni plin. V pogojih zvezdnih temperatur (na primer površinska temperatura Sonca je ~ 6000 ° C) vodik obstaja v obliki plazme; v medzvezdnem prostoru ta element obstaja v obliki posameznih molekul, atomov in ionov in lahko tvori molekularni oblaki, ki se bistveno razlikujejo po velikosti, gostoti in temperaturi.

Zemeljska skorja in živi organizmi
Maseni delež vodika v zemeljski skorji je 1% - to je deseti najpogostejši element. Vendar njegova vloga v naravi ni določena z maso, ampak s številom atomov, katerih delež med drugimi elementi je 17% (drugo mesto po kisiku, katerega delež atomov je ~ 52%). Zato je pomen vodika v kemičnih procesih na Zemlji skoraj tako velik kot kisik. Za razliko od kisika, ki obstaja na Zemlji v vezanem in prostem stanju, je skoraj ves vodik na Zemlji v obliki spojin; v ozračju je le zelo majhna količina vodika v obliki preproste snovi (0,00005 vol.%).
Vodik je del skoraj vseh organskih snovi in ​​je prisoten v vseh živih celicah. V živih celicah vodik predstavlja skoraj 50% števila atomov.

Prejemanje

Industrijske metode pridobivanja enostavnih snovi so odvisne od oblike, v kateri se ustrezen element nahaja v naravi, torej od tega, kakšne so lahko surovine za njegovo proizvodnjo. Torej kisik, ki je na voljo v prostem stanju, dobimo s fizikalno metodo - z ločitvijo od tekočega zraka. Skoraj ves vodik je v obliki spojin, zato ga za pridobivanje uporabljajo kemijske metode... Zlasti lahko uporabimo reakcije razkroja. Eden od načinov za proizvodnjo vodika je reakcija razkroja vode z električnim tokom.
Osnovno industrijski način proizvodnja vodika - reakcija metana z vodo, ki je del zemeljskega plina. Izvaja se pri visoki temperaturi:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 -165 kJ

Ena od laboratorijskih metod za proizvodnjo vodika, ki se včasih uporablja v industriji, je razgradnja vode z električnim tokom. Običajno v laboratoriju vodik nastane z interakcijo cinka s klorovodikovo kislino.