Wodór

Z Wikipedii

Wodór
1 H Układ okresowy pierwiastków
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.	Wodór, H, 1
Grupa, okres, blok	1, 1, s
Własności metaliczne	niemetal
Własności atomowe Masa atomowa 1,00794 amu Promień atomowy 25 (53) pm Promień walencyjny 37 pm Promień van der Waalsa 120 pm Konfiguracja elektronowa 1s1 e⁻ na poziom energetyczny 1 Elektroujemność 2,20 (Pauling) 2,20 (Allred) Stopień utlenienia 1 Własności kwasowe tlenków amfoteryczne
Własności fizyczne Stan skupienia gazowy Gęstość 0,0899 kg/m3 Temperatura topnienia 14 K -259,15 °C Temperatura wrzenia 20 K -253,15 °C Objętość molowa 11,42×10-6 m³/mol Ciepło parowania 0,44936 kJ/mol Ciepło topnienia 0,05868 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 209 Pa (23 K) Prędkość dźwięku 1270 m/s (298,15 K)
Pozostałe dane Ciepło właściwe 14304 J/(kg*K) Konduktywność 13,8×106 S/m Przewodność cieplna 0,1815 W/(m*K) Potencjały jonizacyjne I. 1312 kJ/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 1H 99,985% stabilny izotop z 0 neutronami 2H 0,015% stabilny izotop z 1 neutronami 3H ślady 12,33 lat β- 0,019 3He 4H {syn.} 9,93696x10-23 s n 2,910 3H
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku s układu okresowego. Jest to najprostszy możliwy pierwiastek o liczbie atomowej 1, składający się z jednego protonu i jednego elektronu.

Rozpoczyna układ okresowy. Jest wyznacznikiem w szeregu aktywności metali, który oddziela metale wypierające wodór i na niewypierające go.

Istnieje w postaci dwóch stabilnych izotopów ¹H (prot) i ²H (deuter, D) oraz niestabilnego – ³H (tryt, T).

Mimo iż wodór jest niemetalem, w warunkach wysokiego ciśnienia przechodzi do stanu metalicznego.

Spis treści 1 Występowanie 2 Kation wodorowy 3 Serie widmowe 4 Historia 5 Otrzymywanie 6 Izotopy wodoru 7 Zastosowanie 8 Związki wodoru 9 Przypisy 10 Zobacz też

[edytuj] Występowanie

Wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Występuje w gwiazdach i obłokach międzygwiazdowych.

W stanie wolnym występuje w postaci gazowych cząsteczek dwuatomowych H₂ tworząc wodór cząsteczkowy, na Ziemi w tej postaci występuje w górnej warstwie atmosfery (0,9%).

W postaci związanej wchodzi w skład wielu związków nieorganicznych (np.: wody, kwasów, zasad, wodorotlenków) oraz związków organicznych (węglowodory i ich pochodne).

[edytuj] Kation wodorowy

Kation wodorowy H⁺ jest w istocie równoważny protonowi. W stanie wolnym występuje on w próżni, plazmie i górnych warstwach atmosfery ziemskiej (promienie UV jonizują atomy wodoru). W roztworach wodnych kation ten jest natychmiast solwatowany do jonu hydroniowego H₃O⁺:

H⁺ + H₂O → H₃O⁺

Czasami, w równaniach dysocjacji elektrolitycznej podaje się uproszczenie H₃O⁺ i pisze się po prostu H⁺, co zupełnie mija się z prawdą. Z tego względu należy pamiętać, że skala pH jest miarą stężenia jonów hydroniowych, a nie wodorowych.

[edytuj] Serie widmowe

Wodór ma charakterystyczne serie widmowe:

1. seria Lymana
2. seria Balmera
3. seria Paschena
4. seria Bracketta
5. seria Pfunda
6. seria Humpreysa

[edytuj] Historia

Prawdopodobnie pierwszą osobą, która opisała otrzymywanie wodoru w stanie czystym był alchemik Paracelsus żyjący w latach 1493–1541. Paracelsus wykonywał eksperymenty polegające na wrzucaniu metali do kwasów i zbieraniu do naczyń gazowych produktów tych reakcji, co do dzisiaj stanowi najprostszy sposób otrzymywania tego pierwiastka w warunkach laboratoryjnych. Prawdopodobne jest jednak, że podobne eksperymenty wykonywano już wcześniej.

Eksperymenty te powtórzył w 1671 r. Robert Boyle, który opisał też wybuchową naturę mieszanki wodoru z powietrzem. Pierwszą osobą, która uznała wodór za pierwiastek był Henry Cavendish, który w 1766 r. zamieścił w swoich notatkach taką tezę. Jak wszystkie inne jego badania nie zostało to jednak opublikowane za jego życia. Substancja ta została uznana za pierwiastek ostatecznie pod wpływem badań Antoine Lavoisiera nad otrzymywaniem wody z wodoru i tlenu w 1783 r. Pierwotnie polska nazwa była kalką łacińskiej - "wodoród", lecz z biegiem czasu została skrócona do powszechnie dziś znanej "wodór". Jako pierwszy zaproponował nazwę - wodór - Filip Walter.

[edytuj] Otrzymywanie

Na skalę przemysłową wodór otrzymuje się dwiema metodami:

• Poprzez konwersję (przepuszczanie) alkanu nad parą wodną:

C_xH_2y + 2xH₂O → (2x+y)H₂ + xCO₂

• Np. metan

CH₄ + 2H₂O → 4H₂ + CO₂

• Przez reakcję pary wodnej z koksem w reakcji Boscha.

C + H₂O → CO + H₂

• termiczny rozpad CH₄

2CH₄ –^{T=2000 °C}→ C₂H₂ + 3H₂

• reakcje metanu z tlenem:

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

W laboratorium można go otrzymać na kilka sposobów:

• Elektroliza wodnego roztworu soli lub wodorotlenku metalu alkalicznego bądź wody:

2H₂O → 2H₂ +O₂

• Reakcja metalu z kwasem,

np. Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

• Spalanie magnezu w parze wodnej:

Mg + H₂O → MgO + H₂↑

• Reakcja metalu amfoterycznego z roztworem zasady,

np. 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Powyższe reakcje roztwarzania metali wykonywać można dogodnie w aparacie Kippa.

[edytuj] Izotopy wodoru

Wodór występuje w 3 różnych izotopach: prot, deuter i tryt.

• Prot (wodór ¹H)

W skład jądra wchodzi jeden proton. Nie posiada neutronów. Jest izotopem stabilnym

• Deuter (²H lub ²D)

W skład jądra wchodzi 1 proton i jeden neutron. Jest izotopem stabilnym. Ze względu na to, że deuter ma dwukrotnie większą masę od protu, różnią się one znacząco właściwościami fizycznymi, a także chemicznymi (silny efekt izotopowy).

• Tryt (³H lub ³T)

W skład jądra wchodzi jeden proton i 2 neutrony. Jest izotopem niestabilnym. Rozpada się w wyniku β^-, tworząc hel.

³₁T → ³₂He

[edytuj] Zastosowanie

Dawniej wodór był stosowany do napełniania balonów sterowców, lecz z powodu jego łatwości wybuchu zrezygnowano z dalszego napełniania wodorem. Skroplony wodór znalazł zastosowanie jako paliwo w silnikach rakietowych. Jest tak lekki, że nie potrzeba pomp, aby napełniać nim zbiorniki promu kosmicznego. Naukowcy pracują nad możliwością stworzenia ogniw paliwowych napędzanych wodorem, które mogłyby służyć jako źródło napędu dla wielu pojazdów i urządzeń. Izotop wodoru – tryt – wykorzystywany jest w reakcjach termojądrowych, które mogą potencjalnie stanowić źródło taniej i czystej energii. Inny jego izotop – deuter – wykorzystywany jest jako spowalniacz (moderator) w reaktorach atomowych.

Wodór używany jest także w elektrowniach do chłodzenia generatorów dużej mocy (powyżej 500 MW)^[1].

W chemii organicznej wodór może być użyty do:

• uwodornienia alkenów w obecności katalizatora niklu:

C₂H₄ + H₂ → C₂H₆

 Osobny artykuł: uwodornienie.

[edytuj] Związki wodoru

• Wodorki
• Kwasy:
  • Beztlenowe
  • Tlenowe
• Wodorotlenki
• Prawie wszystkie związki organiczne

Przypisy

[edytuj] Zobacz też

• deuter (izotop), deuteron
• tryt, tryton
• antywodór

p • d • e Układ okresowy pierwiastków
H																															He
Li	Be																									B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg																									Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca															Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr															Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Uub	Uut	Uuq	Uup	Uuh	Uus	Uuo
Metale alkaliczne Metale ziem alkalicznych Lantanowce Aktynowce Metale przejściowe Inne metale Metaloidy Inne niemetale Halogeny Gazy szlachetne