Vodonik (H)

Gas bez boje i mirisa. Najlakši je od svih poznatih elemenata. Na zemlji se veoma retko nalazi u slobodnom stanju, ali zato gradi veliki broj jedinjenja. Burno sagoreva u vazduhu gradeći vodu. Ima specifičnu poziciju u PSE. Prema elektronskoj konfiguraciji pripada grupi alkalnih metala, dok prema osobinama i broju elektrona koji mu nedostaju može da se svrsta u halogene (sa manjom reaktivnošću).

Osnovne osobine

• atomski broj: 1
• A_r: 1,008
• grupa: 1
• perioda: K
• blok: s
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: gas
• T.K: 20,28 K
• T.T: 14 K
• gustina: 0,089g/cm³
• elektronegativnost: 2,1
• otkriće: H. Cavendish, 1766.
• lat. naziv: hidrogenium
• oksidaciona stanja: +1, -1
• raspored elektrona po nivoima: 1
• elektronska konfiguracija: 1s¹
• atomski poluprečnik: 21 pm
• indeks prelamanja svetlosti: 1,00013
• brzina zvuka: 1310 m/s
• jacina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • H-H, 454
  • C-H, 411
  • N-H, 390
  • Cl-H, 431
  • O-H, 461
• izotopi:
  1. protijum (H)
     • masa: 1
     • zastupljenost u prirodi: 98,91%
     • raspad: stabilan
  2. deuterijum (D)
     • masa: 2
     • zastupljenost u prirodi: 1,1%
     • raspad: stabilan
  3. tricijum (T)
     • masa: 3
     • zastupljenost u prirodi: u tragovima
     • raspad: beta^-
     • vreme poluraspada: 10,23 godine
     • raspada se na: He-3

 

Dobijanje

Vodonik čini 75% mase i 90% broja atoma u vasioni. Na zemlji je njegov glavni izvor voda. Iz vode se dobija elektrolizom. Elektroliza se sprovodi uz prisustvo nešto sumporne kiseline kao elektrolita.

2H⁺ + 2e^- -> 2H -> H₂

O^2- -> O + 2e^- ->1/2O₂

Ili zbirno:

H₂O -> H₂ + 1/2O₂

Vodonik se još tehnički dobija prelaskom vodene pare preko užarenog koksa (1000⁰C).

C + H₂O -> CO + H₂

CO + H₂O -> CO₂ + H₂

Oba tehnička procesa dobijanja vodonika se zasnivaju na redukciji vode. Takođe ponekad se koristi i zagrejano gvožđe (700⁰C).

Fe + H₂O -> FeO + H₂

Drugi postupci su laboratorijski.

1. delovanje vode na alkalne i reaktivnije zemnoalkalne metale:

2Na + 2H₂O -> 2NaOH + H₂

2. delovanjem kiselina na metale (osim Cu, Ag, Au...):

Zn + 2HCl -> ZnCl₂ + H₂

3. delovanjem baza na neke metale:

Zn + 2KOH + H₂O -> H₂ + K₂Zn(OH)₄

Reakcije

Vodonik je reaktivan element i vrlo dobro redukciono sredstvo. Gori pri 700⁰C ili u prisustvu katalizatora - aceptora vodonika (Pt, Pd), supstanci koje veoma dobro adsorbuju vodonik.

Direktno može reagovati sa halogenima, sumporom i azotom pri određenim uslovima (svetlo, temperatura, pritisak). Reakcije sa halogenima se odvijaju teže povećanjem atomske težine halogena.

H₂ + F₂ -> 2HF

H₂ + S -> H₂S

3H₂ + N₂ -> 2NH₃

Sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima gradi hidride.

2Li + H₂ -> 2LiH

Njegova reduktivna moć dolazi do izražaja u mnogim reakcijama.

Fe₂O₃ + H₂ -> FeO + H₂O

Primena

Vodonik se upotrebljavao za punjnje balona, kao lakši od vazduha, ali je zamnjen helijumom zbog reaktivnosti. Dans se koristi za autogeno zavarivanje (pri kom se toplota oslobađa iz reakcije vodonika u struji čistog kiseonika. Upotrebljava se dalje za hidrogenizaciju biljnih ulja (nezasićene masne kiseline se zasićuju - katalizatori su aceptori vodonika), dobijanje amonijaka i metanola (reakcija sa CO pri 200atm i 300⁰C).

CO + 2H₂ -> CH₃OH

 

Takođe, vodonik nalazi primenu u metalurgiji kao redukciono sredstvo. Grejanjem oksida metala i vodonika izdvaja se elementarni metal.

Fe₃O₄ + 4H₂ -> 3Fe + 4H₂O

Teži izotopi vodonika mogli bi u budućnosti da budu osnovni izvori energije. Kako dolaze u znatnijim količinama u svakoj vodi, njihov izvor je neiscrpan. Velika količina energije oslobađa se u fuzionoj nuklearnoj reakciji između deuterijuma i tricijuma (nastaje izotop helijuma), ali veliki je problem postizanje visokih temperatura i pritisaka, pri kojima se plazma teško održava.

D + T -> He-4 + n⁰ + energija

Jedinjenja

Vodonik ulazi u veliki broj organskih (retka su organska jedinjenja bez vodonika) i neorganskih jedinjenja. Njegovo najvažnije jedinjenje je voda.

Spajanjem direktno sa elementima daje hidride, koji mogu biti hidridi nemetala (halogenvodonici, H₂O, H₂S, NH₃, PH₃, AsH₃) ili hidridi nemetala u kojima je njegov oksidacioni broj -1.

Ulazi u sastav nekih soli (kisele i bazne), kiselina i baza. Od drugih njegoih jedinjenja veći značaj ima vodonik-peroksid (H₂O₂).

• vodonik-peroksid
• peroksidi

Literatura:

-Periodic Table (mini)

-PSE sa Sveta Hemije