Saznajte više o vodiku

Vodik je najlakši kemijski element u svemiru i sposoban je vezati se za druge atome vodika, tvoreći plin koji ima nekoliko namjena

Slika Florencia Viadana na Unsplash

Vodik je kemijski element s najmanjom atomskom masom (1 u) i najmanjim atomskim brojem (Z = 1) među svim do danas poznatim elementima. Iako je pozicioniran u prvom razdoblju IA (alkalnih metala) obitelji Periodnog sustava, vodik nema fizikalne i kemijske karakteristike slične elementima ove obitelji i, stoga, nije njegov dio. Općenito govoreći, vodik je najrasprostranjeniji element u cijelom svemiru i četvrti po zastupljenosti element na planeti Zemlji.

Vodik ima jedinstvene karakteristike, odnosno ne podsjeća na bilo koji drugi kemijski element poznat ljudima. Vodik obično sudjeluje u sastavu nekoliko vrsta organskih i anorganskih tvari, poput metana i vode, a kada nije dio kemijskih tvari, nalazi se isključivo u plinovitom obliku čija je formula H2.

U svom prirodnom stanju i u normalnim uvjetima, vodik je plin bez boje, mirisa i okusa. To je molekula s velikim kapacitetom za pohranu energije i iz tog je razloga široko istražena njezina uporaba kao obnovljivog izvora električne i toplinske energije.

Otkriće vodika

Sredinom 16. stoljeća Pareselsvs je odlučio dovesti neke metale u reakciju s kiselinama i na kraju je dobio vodik. Iako prethodno testiran, Henry Cavendish uspio je odvojiti vodik od zapaljivih plinova i smatrao ga je kemijskim elementom 1766. godine.

To što nije metal, a još manje ametal, čini njegovu posebnost u Periodnom sustavu. Godine 1773. Antoine Lavoisier dao je kemijskoj komponenti ime vodik, koji potječe od grčkih hidro i gena , a znači generator vode.

Vodik u prirodi

Vodik je dio kemijskog sastava nekoliko organskih tvari (proteini, ugljikohidrati, vitamini i lipidi) i anorganskih tvari (kiseline, baze, soli i hidridi);
U atmosferskom je zraku prisutan u plinovitom formatu, predstavljenom molekularnim oblikom H2, koji nastaje kovalentnom vezom između dva atoma vodika;
Vodik također tvori molekule vode, važan resurs za život.

Izvori vodika

Na Zemlji se vodik ne nalazi u najčišćem obliku, već u kombiniranom obliku (ugljikovodici i derivati). Iz tog se razloga vodik mora ekstrahirati iz nekoliko izvora. Glavni izvori vodika su:

Prirodni gas;
Etanol;
Metanol;
Voda;
Biomasa;
Metan;
Alge i bakterije;
Benzin i dizel.

Karakteristike atomskog vodika

Ima tri izotopa (atomi istog atomskog broja i različitih masenih brojeva), a to su protum (1H1), deuterij (1H2) i tritij (1H3);
Predstavlja samo elektroničku razinu;
U svojoj jezgri ima jedan proton;
U svojoj elektroničkoj razini ima samo jedan elektron;
Broj neutrona ovisi o izotopu - propiju (0 neutrona), deuteriju (1 neutron) i tritiju (2 neutrona);
Ima jednu od najmanjih atomskih zraka u Periodnom sustavu;
Ima veću elektronegativnost od bilo kojeg metalnog elementa;
Ima veći potencijal ionizacije od bilo kojeg metalnog elementa;
To je atom sposoban da se transformira u kation (H +) ili anion (H-).

Stabilnost atoma vodika postiže se kad primi elektron u valentnoj ljusci (najudaljenijoj ljusci atoma). U ionskim vezama vodik djeluje isključivo s metalom, dobivajući iz njega elektron. U kovalentnim vezama vodik dijeli svoj elektron s ametalom ili sam sa sobom, tvoreći jednostavne veze.

Karakteristike molekularnog vodika (H2)

Na sobnoj temperaturi uvijek se nalazi u plinovitom stanju;
To je zapaljivi plin;
Talište mu je -259,2 ° C;
Točka vrenja mu je -252,9 ° C;
Ima molarnu masu jednaku 2 g / mol, što je najlakši plin;
Ima sigma kovalentnu vezu, tip ss, između dva uključena atoma vodika;
Između atoma dijele se dva elektrona;
Ima linearnu geometriju;
Njegove molekule su nepolarne;
Njegove molekule međusobno djeluju pomoću induciranih dipolnih sila.

Molekularni vodik ima veliki kemijski afinitet s nekoliko spojeva. Ovo se svojstvo odnosi na sposobnost jedne tvari da reagira s drugom, jer čak i ako dvije ili više tvari dođu u kontakt, ali između njih nema afiniteta, reakcija se neće dogoditi. Na taj način sudjeluje u reakcijama kao što su hidrogeniranje, izgaranje i jednostavna izmjena.

Načini dobivanja molekularnog vodika (H2)

Fizička metoda

Molekularni vodik može se dobiti iz atmosferskog zraka, jer je to jedan od plinova prisutnih u ovoj smjesi. Za to je potrebno atmosferski zrak podvrgnuti postupku frakcijskog ukapljivanja, a zatim frakcijskoj destilaciji.

Kemijska metoda

Molekularni vodik može se dobiti specifičnim kemijskim reakcijama, poput:

Jednostavna izmjena: reakcija u kojoj neplemeniti metal (Me) istiskuje vodik prisutan u anorganskoj kiselini (HX), stvarajući bilo kakvu sol (MeX) i molekularni vodik (H2):

Me + HX → MeX + H2

Hidratacija koksnog ugljena (nusproizvod mineralnog ugljena): u ovoj reakciji ugljik (C) ugljena djeluje s kisikom u vodi (H2O), stvarajući ugljični monoksid i plinoviti vodik:

C + H2O → CO + H2

Elektroliza vode: kada se voda podvrgne procesu elektrolize, stvaraju se plinoviti kisik i vodik:

H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Komunalije za vodik

Gorivo za rakete ili automobile;
Lučni plamenici (koriste električnu energiju) za rezanje metala;
Zavari;
Organske sinteze, točnije u reakcijama hidrogeniranja ugljikovodika;
Organske reakcije koje masti pretvaraju u biljna ulja;
Proizvodnja vodikovih halogenida ili hidrogeniranih kiselina;
Proizvodnja metalnih hidrida, kao što je natrijev hidrid (NaH).

Hidrogenska bomba

Vodikova bomba, H bomba ili termonuklearna bomba je atomska bomba koja ima najveći potencijal za uništavanje. Njegov rad rezultat je postupka nuklearne fuzije, zbog čega se također može nazvati fuzijskom bombom.

Eksplozija vodikove bombe rezultat je postupka fuzije koji se odvija pod vrlo visokim temperaturama, približno 10 milijuna Celzijevih stupnjeva. Proces proizvodnje ove pumpe započinje spajanjem izotopa vodika, nazvanih protit, deuterij i tritij. Spajanje izotopa vodika uzrokuje da jezgra atoma generira još više energije, to je zato što se stvaraju jezgre helija, čija je atomska masa 4 puta veća od mase vodika.

Dakle, jezgra koja je bila lagana postaje teška. Stoga je postupak nuklearne fuzije tisuće puta nasilniji od procesa cijepanja. Snaga vodikove bombe može doseći 10 milijuna tona dinamita, oslobađajući radioaktivni materijal i elektromagnetsko zračenje na razini mnogo višoj od one u atomskim bombama.

Prvo ispitivanje hidrogenske bombe, 1952. godine, oslobodilo je količinu energije ekvivalentnu oko 10 milijuna tona TNT-a. Vrijedno je spomenuti da je ova vrsta reakcije izvor energije zvijezda poput Sunca. Sastoji se od 73% vodika, 26% helija i 1% ostalih elemenata. To se objašnjava činjenicom da se u njegovoj jezgri odvijaju fuzijske reakcije u kojima se atomi vodika stapaju stvarajući atome helija.

Činjenice o vodiku

Molekularni vodik lakši je od zraka i u krutim zračnim brodovima koristio ga je njemački grof Ferdinand von Zeppelin, pa otuda i naziv zračnih brodova;
Neke bakterije i alge mogu sintetizirati molekularni vodik;
Vodik se može koristiti za proizvodnju goriva čiste energije;
Plin metan (CH4) sve je važniji izvor vodika.