Preberite več o vodiku

Vodik je najlažji kemični element v vesolju in se lahko veže na druge atome vodika in tvori plin, ki ima več uporab.

Vodik

Slika Florencia Viadana na Unsplash

Vodik je kemični element z najnižjo atomsko maso (1 u) in najmanjšim atomskim številom (Z = 1) med vsemi elementi, znanimi do zdaj. Kljub temu da je bil vodik v prvem obdobju družine IA (alkalijske kovine) v periodnem sistemu, nima fizikalnih in kemijskih lastnosti, podobnih elementom te družine, in zato ni del tega. Na splošno je vodik najbolj razširjen element v vsem vesolju in četrti element na planetu Zemlja.

Vodik ima edinstvene značilnosti, to pomeni, da ni podoben nobenemu drugemu kemičnemu elementu, ki ga poznamo ljudje. Vodik običajno sodeluje v sestavi več vrst organskih in anorganskih snovi, kot sta metan in voda, kadar pa ni del kemičnih snovi, ga najdemo izključno v plinasti obliki, katere formula je H2.

V naravnem stanju in v normalnih pogojih je vodik plin brez barve, vonja in okusa. Je molekula z veliko kapaciteto za shranjevanje energije, zato je bila njena uporaba kot obnovljivi vir električne in toplotne energije široko raziskana.

Odkritje vodika

Sredi 16. stoletja se je Pareselsvs odločil, da bo nekatere kovine spravil v reakcijo s kislinami in na koncu dobil vodik. Čeprav je bil Henry Cavendish predhodno preizkušen, je uspel ločiti vodik od vnetljivih plinov in ga leta 1766 obravnaval kot kemični element.

To, da ni kovina, še manj pa ametal, predstavlja njeno posebnost v periodnem sistemu. Leta 1773 je Antoine Lavoisier kemični komponenti dal ime vodik, ki izhaja iz grškega hidro in genov ter pomeni vodni generator.

Vodik v naravi

  • Vodik je del kemične sestave več organskih snovi (beljakovin, ogljikovih hidratov, vitaminov in lipidov) in anorganskih snovi (kislin, baz, soli in hidridov);
  • V atmosferskem zraku je prisoten v plinastem formatu, ki ga predstavlja molekularna oblika H2, ki nastane skozi kovalentno vez med dvema atomoma vodika;
  • Vodik tvori tudi molekule vode, ki so pomemben vir življenja.

Viri vodika

Na Zemlji vodika ne najdemo v najčistejši obliki, temveč v kombinirani obliki (ogljikovodiki in derivati). Zato je treba vodik črpati iz več virov. Glavni viri vodika so:

  1. Zemeljski plin;
  2. Etanol;
  3. Metanol;
  4. Voda;
  5. Biomasa;
  6. Metan;
  7. Alge in bakterije;
  8. Bencin in dizel.

Značilnosti atomskega vodika

  • Ima tri izotope (atome z enakim atomskim številom in različnimi masnimi številkami), in sicer protium (1H1), devterij (1H2) in tritij (1H3);
  • Predstavlja le elektronsko raven;
  • V jedru ima en sam proton;
  • V elektronski ravni ima le en elektron;
  • Število nevtronov je odvisno od izotopa - propija (0 nevtronov), devterija (1 nevtron) in tricija (2 nevtrona);
  • Ima enega najmanjših atomskih žarkov v periodnem sistemu;
  • Ima večjo elektronegativnost kot kateri koli kovinski element;
  • Ima večji ionizacijski potencial kot kateri koli kovinski element;
  • Je atom, ki se lahko pretvori v kation (H +) ali anion (H-).

Stabilnost vodikovega atoma se doseže, ko sprejme elektron v valentni lupini (najbolj zunanji lupini atoma). V ionskih vezicah vodik sodeluje izključno s kovino in iz nje pridobi elektron. V kovalentnih vezicah vodik deli svoj elektron z ametalom ali sam s seboj in tvori preproste vezi.

Značilnosti molekularnega vodika (H2)

  • Pri sobni temperaturi ga vedno najdemo v plinastem stanju;
  • Je vnetljiv plin;
  • Njegovo tališče je -259,2 ° C;
  • Njegovo vrelišče je -252,9 ° C;
  • Ima molsko maso, enako 2 g / mol, ki je najlažji plin;
  • Ima sigma kovalentno vez, tip ss, med obema vpletenima atomoma vodika;
  • Med atomi si delita dva elektrona;
  • Ima linearno geometrijo;
  • Njegove molekule so nepolarne;
  • Njegove molekule medsebojno delujejo s pomočjo induciranih dipolnih sil.

Molekularni vodik ima veliko kemijsko afiniteto z več spojinami. Ta lastnost zadeva sposobnost ene snovi, da reagira z drugo, kajti tudi če pride v stik dve ali več snovi, vendar med njima ni afinitete, reakcija ne bo prišlo. Na ta način sodeluje v reakcijah, kot so hidrogeniranje, zgorevanje in preprosta izmenjava.

Načini pridobivanja molekularnega vodika (H2)

Fizična metoda

Molekulski vodik lahko dobimo iz atmosferskega zraka, saj je eden od plinov v tej mešanici. Za to je treba atmosferski zrak izpostaviti metodi frakcijskega utekočinjenja in nato frakcijski destilaciji.

Kemična metoda

Molekularni vodik lahko dobimo s posebnimi kemičnimi reakcijami, kot so:

  • Preprosta izmenjava: reakcija, pri kateri neplemenita kovina (Me) izpodriva vodik v anorganski kislini (HX) in tvori sol (MeX) in molekularni vodik (H2):
    • Me + HX → MeX + H2
  • Hidracija koksnega premoga (stranski produkt mineralnega premoga): v tej reakciji ogljik (C) premoga sodeluje s kisikom v vodi (H2O) in tvori ogljikov monoksid in vodikov plin:
    • C + H2O → CO + H2
  • Elektroliza vode: ko je voda podvržena procesu elektrolize, nastajajo kisikovi in ​​vodikovi plini:
    • H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Pripomočki za vodik

  • Gorivo za rakete ali avtomobile;
  • Obločni gorilniki (uporabljajo električno energijo) za rezanje kovin;
  • Zvari;
  • Organska sinteza, natančneje v reakcijah hidrogeniranja ogljikovodikov;
  • Organske reakcije, ki maščobe pretvorijo v rastlinska olja;
  • Proizvodnja vodikovih halogenidov ali hidrogeniranih kislin;
  • Proizvodnja kovinskih hidridov, kot je natrijev hidrid (NaH).

Vodikova bomba

Vodikova bomba, H bomba ali termonuklearna bomba je atomska bomba, ki ima največji potencial za uničenje. Njeno delovanje je rezultat jedrskega postopka fuzije, zato ga lahko imenujemo tudi fuzijska bomba.

Eksplozija vodikove bombe je posledica postopka fuzije, ki poteka pri zelo visokih temperaturah, približno 10 milijonov stopinj Celzija. Postopek proizvodnje te črpalke se začne z združitvijo izotopov vodika, imenovanih protium, devterij in tritij. Kombinacija vodikovih izotopov povzroči, da jedro atoma ustvari še več energije, saj se tvorijo jedra helija, katerih atomska masa je 4-krat večja od mase vodika.

Tako jedro, ki je bilo lahko, postane težko. Zato je jedrski postopek fuzije tisočkrat bolj silovit kot postopek cepitve. Moč vodikove bombe lahko doseže 10 milijonov ton dinamita in pri tem sprosti radioaktivni material in elektromagnetno sevanje na ravni, ki je daleč boljša od ravni atomskih bomb.

Prvi test vodikove bombe leta 1952 je sprostil količino energije, ki ustreza približno 10 milijonom ton TNT. Omeniti velja, da je tovrstna reakcija vir energije zvezd, kot je Sonce. Sestavljena je iz 73% vodika, 26% helija in 1% drugih elementov. To je razloženo z dejstvom, da v njegovem jedru obstajajo fuzijske reakcije, pri katerih se vodikovi atomi zlijejo in tvorijo atome helija.

Vodikova dejstva

  • Molekularni vodik je lažji od zraka in ga je v togih zračnih ladjah uporabljal nemški grof Ferdinand von Zeppelin, od tod tudi ime zračnih ladij;
  • Nekatere bakterije in alge lahko sintetizirajo molekularni vodik;
  • Vodik se lahko uporablja za proizvodnjo čistega energetskega goriva;
  • Plin metan (CH4) je vedno pomembnejši vir vodika.