Vodik – razlika između verzija
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
m Bot: Brisanje šablona: Link FA. |
Nema sažetka izmjene |
||
Red 20:
|e_konfiguracija = 1s<sup>1</sup>
}}
Vodik nema određen položaj u periodnom sustavu. Ima jedan valentni [[elektron]] kao [[alkalijski metali]], a od njih se razlikuje mnogo većom energijom [[Ionizacija|ionizacije]]. Za stabilnu elektronsku konfiguraciju nedostaje mu jedan [[elektron]]. Vodik bi se mogao smatrati [[Halogeni elementi|halogenim elementom]], ali od njih ima manju [[elektronegativnost]] i afinitet prema elektronu, pa se zbog toga proučava zasebno. Čini 75% mase [[svemir]]a, te je ishodišna tvar iz koje su [[Nuklearna fuzija|nuklearnom fuzijom]] nastali ostali elementi. [[Zvijezda|Zvijezde]] u [[Glavni niz|glavnom nizu]] se uglavnom sastoje od vodika, u obliku [[plazma|plazme]]. Elementarni vodik na [[Zemlja|Zemlji]] je u vrlo malim količinama. <ref>
Palmer D. "Hydrogen in the Universe" [http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/971113i.html] publisher=[[NASA]], 1997.</ref>
Elementarni vodik sastoji se od [[Procij|običnog vodika (procija)]] (>99,98%), dok ostatak (gotovo 0,02%) čini teški vodik ([[deuterij]]) s tragovima superteškog vodika ([[tricij]]a). Vodik stvara kemijske veze sa najviše elemenata, posebno u [[Organska kemija|organskim tvarima]]. [[Standardni tlak i temperatura|Pri standardnom tlaku i temperaturi]], vodik je plin bez boje, mirisa i okusa, 14,4 puta lakši od [[zrak]]a. Neotrovan je.
Slabo je [[Topljivost|topljiv]] u polarnim, a bolje u nepolarnim otapalima.
Industrijski se najviše dobija iz [[Prirodni plin|zemnog plina]], a rjeđe [[Elektroliza|elektrolizom]] [[voda|vode]]. Najviše se koristi u proizvodnji [[Fosilna goriva|fosilnih goriva]] (hidrokrakiranje – povećanje kvalitete goriva) i za dobivanje [[amonijak]]a, u proizvodnji umjetnih goriva. U [[Metalurgija|metalurgiji]] nije baš poželjan, jer mnoge [[Kovine|metale]] čini lomljivim i krtim, pa stvara poteškoće u izgradnji cjevovoda i metalnih spremnika. <ref> "Hydrogen Basics — Production" [http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/production.htm] publisher=Florida Solar Energy Center, 2007.</ref> <ref> Rogers H.C.: "Hydrogen Embrittlement of Metals", journal=Science, 1999.</ref>
== Povijest ==
Iako ga nije prvi proizveo (prvi ga je proizveo [[Paracelsus]] u 16. st. reakcijom metala i jake kisline), vodik ([[Latinski jezik|lat.]] ''Hydrogenium'') je definirao [[Ujedinjeno Kraljevstvo|Britanac]] [[Henry Cavendish]] [[1766]].<ref>[[Opća i nacionalna enciklopedija]] u 20 svezaka, sv. 20, ISBN 978-953-7224-20-2, str. 281</ref> i nazvao ga "zapaljivim zrakom". Cavendish ga je dobio reakcijom [[cink]]a i [[Klorovodična kiselina|klorovodične kiseline]]. Definirao je o kojem se plinu radi i dokazao da reakcijom vodika i kisika nastaje [[voda]]. Zbog toga svojstva [[Antoine Lavoisier]] ga [[1783.]] naziva ''hydrogène'', od [[Starogrčki jezik|grčkog]] "onaj koji stvara vodu" (grč. ὕδωρ = voda, γενής = stvaratelj). Hrvatski naziv uveo je [[Bogoslav Šulek]].
Tekući vodik je dobio prvi put 1898. James Dewar, a godinu kasnije je stvorio i kruti vodik. [[Deuterij]] je dobio 1931. [[Harold Urey]], a godinu kasnije je stvorili i [[Teška voda|tešku vodu]]. 1934. [[Ernest Rutherford]] i njegov tim su proizveli [[tricij]]. <ref> Emsley John: "Nature's Building Blocks", publisher=Oxford University Press, 2001.</ref>
[[Datoteka:Emission spectrum-H.png|500px|desno|mini|Vodikove emisione linije u vidljivom dijelu spektra. Postoje 4 vidljive linije [[Balmerova serija|Balmerove serije]]]]
Prvi [[balon na vrući zrak]] je otkrio 1783. Jacques Charles. [[Ferdinand von Zeppelin]] je napravio letjelicu na vodik, koja je imala prvi let 1900., a kasnije je nazvana [[cepelin]].
[[Nikal]] – vodikove [[Baterija|baterije]] su se prvi puta koristile 1977, a kasnije ih je koristila [[Međunarodna svemirska postaja]], [[Svemirske letjelice|svemirske letjelice]] [[2001 Mars Odyssey]] i [[Mars Global Surveyor]], te [[svemirski teleskop Hubble]], kome je prvo pakovanje baterija trajalo 19 godina. <ref> [http://www.aiaa.org/content.cfm?pageid=406&gTable=japaperimportPre97&gID=57704] "NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31", publisher=Aiaa.org, 2009.</ref>
[[Datoteka:Nursery of New Stars - GPN-2000-000972.jpg|desno|mini|300px|NGC 604 galaksija, ogromno područje ioniziranog vodika u [[Trokut (zviježđe)|zviježđu Trokut]]]]
===Uloga u kvantnoj teoriji===
Zbog svoje jednostavne [[atom|atomske]] strukture, koja se sastoji od jednog [[proton]]a i [[elektron]]a, atom vodika sa svojim [[Vodikove spektralne linije|vodikovim spektralnim linijama]] svjetlosti (emisija i apsorpcija – [[Balmerova serija]], [[Lymanova serija]] itd.), je imao središnju ulogu u razvoju [[Bohrov model atoma|teorije atomske strukture]]. Osim toga, atom vodika i odgovarajući kationi H<sub>2</sub><sup>+</sup> su imali važnu ulogu u razumijevanju prirode [[Kemijska veza|kemijskih veza]], čija se teorija razvila 1920-tih. <ref> Crepeau Bob: "Niels Bohr: The Atomic Model", journal=Great Scientific Minds, publisher=Great Neck Publishing, 2006.</ref>
Prije razvoja [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]], [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] je uočio da [[Toplinski kapacitet|specifični toplinski kapacitet]] molekule H<sub>2</sub> ima neobjašnjivo odstupanje na niskim temperaturama, gdje se H<sub>2</sub> počinje više ponašati kao jednoatomni plin. Prema kvantnoj teoriji, ta pojava se dešava zbog prostora energetskih nivoa, koji su naširoko raspoređeni kod H<sub>2</sub> zbog male mase. Taj veliki prostor energetskih nivoa onemogućuje ravnomjernu raspodjelu toplinske energije kod vodika na niskim temperaturama. <ref> Berman R., Cooke, A. H.; Hill, R. W.: "Cryogenics", journal=Annual Review of Physical Chemistry, 1956.</ref>
== Svojstva ==
Pri [[Standardni tlak i temperatura|standardnom tlaku i temperaturi]], vodik je [[plin]] bez boje, mirisa i okusa, 14.4 puta
Ohlađen na temperaturu vrelišta, kondenzira se u bezbojnu [[Tekućina|tekućinu]] koja je najlakša od svih tekućina. Daljnjim odvođenjem topline skrućuje se u prozirnu [[krutina|krutinu]] heksagonske kristalne strukture.
Zapaljen na zraku pri 560
2 H<sub>2(g)</sub> + O<sub>2(g)</sub> → 2 H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{r}}H</math> = 286 kJ mol<sup>-1</sup>
Linija 39 ⟶ 53:
Na sobnoj temperaturi nije previše reaktivan, no pri višim temperaturama ulazi u niz reakcija. Otapa se u mnogim metalima, kao što je [[platina]].
Pri sobnoj temperaturi bez [[katalizator]]a, reagira samo s [[fluor]]om i [[vanadij]]em u prahu. Razlog slaboj reaktivnosti molekularnog vodika pri sobnoj temperaturi jaka je jednostruka [[kovalentna veza]] u molekuli. Ta veza je najjača od svih jednostrukih kovalentnih veza između dvaju istovrsnih atoma. Pri povišenoj temperaturi spaja se i s kisikom iz mnogih [[oksid]]a, te tako djeluje kao redukcijsko sredstvo.
[[Datoteka:FusionintheSun.svg|mini|desno|250px|[[Niz proton-proton]] prevladava kod zvijezdi veličine našeg Sunca ili manjih]]
== Rasprostranjenost ==
Elementarni vodik na Zemlji je vrlo rasprostranjen, ali u malim količinama. Nazočan je u [[Atmosfera|atmosferi]], [[Zemni plin|zemnom plinu]], vulkanskim plinovima, itd. Zbog toga što ga gravitacija teško može zadržati, vodik u gornjim dijelovima atmosfere izlazi u svemir.
Linija 45 ⟶ 59:
U obliku spojeva, ima ga u ogromnim količinama, ponajviše u obliku [[voda|vode]], koja prekriva gotovo dvije trećine Zemljine površine. Sastavni je dio mnogih [[Organski spojevi|organskih spojeva]], [[kiselina]] i [[otopina]]. Po broju atoma, treći je, odmah nakon kisika i silicija, a po masenom udjelu je na desetom mjestu.
Čini 75% mase [[svemir]]a, te je ishodišna tvar iz koje su [[nuklearna fuzija|nuklearnom fuzijom]] nastali ostali elementi. Po broju atoma, vodika ima 90% u svemiru. Ima ga u ogromnim količinama u [[zvijezda|zvijezdama]] i [[Plinoviti div|plinovitim divovima]], a izgleda da ga ima u još neotkrivenoj [[Tamna tvar|tamnoj tvari]] i [[Tamna energija|tamnoj energiji]]. Molekularni oblaci sa H<sub>2</sub> su povezani sa rođenjem zvijezda. Vodik ima odlućujuću ulogu u stvaranju snage i toplinske energije u [[nuklearna fuzija|nuklearnoj fuziji]], koja se odvija u jezgrama zvijezda, kroz [[Niz proton-proton|niz proton – proton]] i [[Niz ugljik-dušik-kisik|niz ugljik – dušik – kisik]]. <ref> Steve Gagnon: [http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html] "Hydrogen", publisher=Jefferson Lab, 2008.</ref> <ref> Haubold Hans, Mathai, A. M., 2007. [http://www.columbia.edu/~ah297/unesa/sun/sun-chapter4.html] "Solar Thermonuclear Energy Generation", publisher=Columbia University, 2008.</ref>
U svemiru vodik se uglavnom nalazi u atomskom stanju ili kao [[plazma]], čija su svojstva sasvim drukčija od molekularnog vodika H<sub>2</sub>. Kao plazma, vodikovi elektroni i protoni nisu povezani zajedno, i stvaraju veoma jaku [[Električna vodljivost|električnu vodljivost]] i veliku emisiju [[toplina|topline]] (stvara [[elektromagnetsko zračenje]], uključujući svjetlost sa [[Sunce|Sunca]] i ostalih [[zvijezda]]). Na nabijene čestice vodika snažno utječu [[Magnetsko polje|magnetska]] i [[Električno polje|električna polja]]. Na primjer, [[Sunčev vjetar]] djeluje na Zemljinu [[magnetosfera|magnetosferu]], stvarajući [[polarna svjetlost|polarnu svjetlost]] i Birkelandovu struju. <ref> Storrie-Lombardi Lisa J.: "Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas", journal=Astrophysical Journal, 2000.</ref>
Pod normalnim uvjetima na Zemlji, vodik se uglavnom nalazi kao plinovita molekula H<sub>2</sub>. Ustvari, vodikov plin je vrlo rijedak u atmosferi, svega 0,000055%, zato što je molekula vodika puno lakša od zraka, zbog čega lakše bježi iz [[Zemljina atmosfera|atmosfere]]. Ipak, na Zemljinoj površini, vodik je treći najrašireniji element, uglavnom u obliku molekula [[voda|vode]] i [[Ugljikohidrati|ugljikohidrata]]. Neke [[alga|alge]] i [[bakterije]] stvaraju plin vodik. <ref> Wolfgang H. Berger, 2007. [http://earthguide.ucsd.edu/virtualmuseum/climatechange2/11_3.shtml] "The Future of Methane", publisher=University of California, San Diego, 2008.</ref>
== Dobivanje ==
=== Laboratorijsko ===
Najčešće se dobiva onako kako ga je prvi put dobio Cavendish, tj. reakcijom cinka i klorovodične kiseline, umjesto koje se često rabi i razrijeđena [[sumporna kiselina]]:
Linija 58 ⟶ 74:
Za razvijanje plinova u laboratoriju najpogodniji je [[Kippov aparat]], jer se reakcija u njemu može prekinuti i na taj način proizvesti samo potrebne količine plina.
Može se dobiti i reakcijom vode s čvrstim [[hidrid|hidridima]], kao što je [[kalcijev hidrid]]:
2 H<sub>2</sub>O + CaH<sub>2(s)</sub> → 2 H<sub>2(g)</sub> + Ca<sup>2+</sup> + 2 OH<sup>-</sup>
te reakcijom metala negativnog redukcijskog potencijala s [[lužina|lužinama]]
2 Al<sub>(s)</sub> + 6 H<sub>2</sub>O + 2 OH<sup>-</sup> → 2 Al(OH)<sub>4</sub><sup>-</sup> + 3 H<sub>2(g)</sub>
=== Industrijsko ===
Ovisno o cijeni električne energije i energenata, vodik se dobiva na nekoliko načina.
U zemljama s jeftinom električnom energijom, dobiva se elektrolizom vode, zalužene alkalijskim hidroksidom zbog povećanja vodljivosti:
*
*
:::2 H<sub>2</sub>O → 2 H<sub>2(g)</sub> + O<sub>2(g)</sub>
Linija 83 ⟶ 97:
C<sub>2</sub>H<sub>2(g)</sub> → C<sub>2</sub>H<sub>4(g)</sub> + H<sub>2(g)</sub>
Kada je lako dostupan [[metan]], koristi se njegova reakcija s vodenom parom na 1100
CH<sub>4(g)</sub> + H<sub>2</sub>O ⇄ CO<sub>(g)</sub> + 3 H<sub>2(g)</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{r}}H</math> = 214.4 kJ mol<sup>-1</sup>
Linija 90 ⟶ 104:
C<sub>(s)</sub> + H<sub>2</sub>O ⇄ CO<sub>(g)</sub> + H<sub>(g)</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{r}}H</math> = 131.25 kJ mol<sup>-1</sup>
[[Datoteka:Algae hydrogen production.jpg|mini|desno|300px|Bioreaktor sa algama za proizvodnju vodika]]
Dobivena smjesa zove se [[vodeni plin]].
Linija 97 ⟶ 111:
CO<sub>(g)</sub> + H<sub>2</sub>O<sub>(g)</sub> → H<sub>2(g)</sub> + CO<sub>2(g)</sub>
Nastali [[ugljikov(IV) oksid]] uklanja se iz smjese apsorpcijom u lužini ili ispiranjem vodom pod tlakom. Lako se uklanja i hlađenjem tekućim zrakom. Tragovi neizreagiranog [[
===Termokemijski procesi===
Postoji više od 200 termokemijskih procesa, koji se mogu iskoristiti za razdvajanje vode. Oko 10-tak procesa se istražuje i ispituje za dobivanje vodika i [[kisik]]a iz [[voda|vode]], te grijanjem bez upotrebe [[električna struja|električne struje]], a ti su procesi na primjer: ciklus [[željezo|željeznog]] oksida, ciklus [[cerij]] (IV) oksid - cerij (III) oksid, ciklus [[cink]] – cink oksid, ciklus [[sumpor]] – [[jod]], ciklus [[Bakar (element)|bakar]] – [[klor]] i ciklus hibridni [[sumpor]]. Veliki broj labaratorija u Francuskoj, Njemačkoj, Grčkoj, Japanu i SAD razvijaju termokemijske procese uz korištenje Sunčeve energije i vode. <ref> [http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review05/pd28_weimer.pdf] "Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water"</ref> <ref> [url=http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress07/ii_f_1_perret.pdf] "Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water", DOE Hydrogen Program, 2007., Perret Robert, 2008.</ref>
===Anaerobna korozija===
[[Datoteka:Ferrous hydroxide.JPG|mini|desno|250px|U spremniku je tamno zeleni željezo(II) hidroksid ili zelena korozija]]
Bez prisustva kisika, [[željezo]] i legirani [[čelik]] polako [[Oksidacija|oksidiraju]] uz pomoć [[proton]]a iz vode, koji se pretvaraju u plinoviti vodik H<sub>2</sub>. Anaerobna korozija stvara prvo željezni hidroksid (zelena korozija) i ta se kemijska reakcija može opisati kao:
::Fe + 2 H<sub>2</sub>O → Fe(OH)<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>
U drugom koraku, bez prisustva kisika, željezni hidroksid može oksidirati uz pomoć protona iz vode i stvoriti [[magnetit]] i plinoviti vodik. Taj se proces naziva Shikorrova reakcija:
::3 Fe(OH)<sub>2</sub> → Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O + H<sub>2</sub>
Dobro kristalizirani magnetit (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) je termodinamički puno stabilniji od željeznog hidroksida. Taj se proces obično dešava za vrijeme anaerobne korozije željeza i čelika, u [[Podzemne vode|podzemnim vodama]] koje nemaju kisika, i u reduciranim [[tlo|tlu]] u kojem ima dosta vlage.
===Geološko stvaranje – serpentacija===
Bez prisustva kisika, u dubokim geološkim slojevima, koji su daleko od Zemljine atmosfere, plinoviti vodik se stvara za vrijeme procesa '''serpentacije''', što je anaerobna oksidacija protona vode (H<sup>+</sup>) i željeznog (Fe<sup>2+</sup>) [[Silikati|silikata]], koji je prisutan u kristalima fajalita (Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> – krajnji član [[olivin]]a). Ta reakcija vodi do stvaranja [[magnetit]]a (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), [[kvarc]]a (SiO<sub>2</sub>) i vodika (H<sub>2</sub>), na slijedeći način:
3 Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → 2 Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 3 SiO<sub>2</sub> + 3 H<sub>2</sub>
== Spojevi ==
[[Datoteka:3D model hydrogen bonds in water.jpg|250px|desno|mini|Model vodikovih veza kod molekula [[voda|vode]].]]
Spojevi vodika mogu se podijeliti na spojeve u kojima je nazočan u negativnom (-1) i pozitivnom stupnju oksidacije (+1).
Prvi se nazivaju [[
Poznati spojevi su vodikov peroksid i vodikov praskavac.
===Kovalentni i organski spojevi===
Na sobnoj temperaturi nije previše reaktivan, no pri višim temperaturama ulazi u niz reakcija. Poznati su milijunu [[ugljikovodik]]a, koji su područje proučavanja organske kemije. Vodik stvara spojeve i sa elementima koji imaju veću elektronegativnost, kao što su [[halogeni elementi]] (F, Cl, Br, I). Kada se spaja sa [[fluor]]om, [[kisik]]om ili [[dušik]]om, vodik se može vezati u jakoj nekovalentnoj vezi, koja se zove [[vodikova veza]], koja je kritična u stabilnosti mnogih bioloških molekula. Vodik se veže i sa manje elektronegativnim elementima, kao što su [[Kovine|metali]] i [[Polumetali|polumetali]].
===Hidridi===
[[Hidridi]] su spojevi raznih kemijskih elemenata s vodikom. S-blok čine elementi prve i druge skupine periodnog sustava elemenata. P-blok čine elementi 13. - 17. skupine periodnog sustava elemenata. To su najvažniji hidridi, često korišteni u praksi. Dijele se na kisele, bazne, amfoterne i neutralne. Kiseli hidridi su oni hidridi koji u reakciji s vodom daju kiseline. Bazni hidridi su oni hidridi koji u reakciji s vodom daju baze. Amfoterni hidridi, ovisno o reakciji, mogu se ponašati i kao kiseline i kao baze. Neutralni hidridi uopće ne reagiraju s vodom
== Izotopi ==
[[Datoteka:Tritium-watch.jpg|mini|200px|desno|Sat sa luminiscentnom bojom od tricija]]
Elementarni vodik sastoji se od [[procij|običnog vodika (procija)]] (>99,98%), dok ostatak (gotovo 0,02%) čini [[deuterij|teški vodik (deuterij)]] s tragovima [[tricij|superteškog vodika (tricija)]].
*1H ili [[procij]] je daleko najčešći izotop vodika, kojeg ima više od 99,98%. Ima jedan [[proton]] i jedan [[elektron]]. Za razliku od svih ostalih izotopa, nema [[neutron]].
*2H ili [[deuterij]], ima jedan proton i jedan neutron u jezgri, te jedan elektron. U biti, vjeruje se da sav deuterij u svemiru potječe još od vremena [[Veliki prasak|Velikog praska]] i da još traje. Deuterij nije radioaktivan, i ne prestavlja značajnu opasnost za zdravlje. On se koristi i kod nuklearne magnetno rezonantne [[spektroskopija|spektroskopije]], za označavanje neradioaktivnih tvari u otapalu. Voda koja uključuje atome deuterija se naziva [[teška voda]]. Teška voda se koristi u [[Nuklearni reaktor|nuklearnim reaktorima]] za smanjivanje brzine brzih [[neutron]]a, kao i za hlađenje nuklearnih reaktora. Deuterij prestavlja moguće gorivo za dobivanje [[Energija nuklearne fuzije|električne energije iz nuklearne fuzije]].
*3H ili [[tricij]], ima jedan proton i dva neutrona u jezgri, te jedan elektron.Tricij je radioaktivan, raspada se u [[helij]]-3 izotop, uz pojavu [[beta-čestica]] i ima [[vrijeme poluraspada]] od 12,32 godine. Toliko je radioaktivan da se koristi za [[Luminiscencija|luminiscentne]] boje, koje se koriste i kod satova, kod kojih se može vidjeti vrijeme i u mraku. Staklo spriječava da mala količina radioaktivnosti izađe van. U prirodi se tricij može naći u vrlo malim količinama u [[Zemljina atmosfera|atmosferi]], a nastaje uslijed djelovanja [[Kozmičke zrake|kozmičkih zraka]]. Tricij može nastati kod testiranja [[Nuklearno oružje|nuklearnog oružja]]. Tricij prestavlja moguće gorivo za dobivanje [[Energija nuklearne fuzije|električne energije iz nuklearne fuzije]]. On se koristi kod kemijskih i bioloških pokusa kao radioaktivni označivač.
Vodik je jedini kemijski element čiji se izotopi označuju drugim imenima (procij, deuterij, tricij). [[Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju]] dozvoljava oznake D za deuterij ili T za tricij, ali preporučuje oznake <sup>2</sup>H and <sup>3</sup>H. Oznaka P se već koristi za [[fosfor]], tako da se ne može koristiti za procij.
== Molekularni izomeri ==
Prilikom ispitivanja vibracijsko-rotacijskog spektra vodika pronađene su promjene u intenzitetu rotacijskih vrpci, koje su protumačene hipotezom o postojanju dva oblika vodika koji se razlikuju po nuklearnim spinovima u molekuli vodika.
Pri sobnoj temperaturi, elementarni se vodik sastoji od 75% orto-vodika i 25% para-vodika. Orto- i para-vodik razlikuju se po nekim fizikalnim svojstvima, primjerice energiji disocijacije, toplinskom kapacitetu, tlaku para i slično.
Linija 119 ⟶ 161:
Na niskim temperaturama moguće je izolirati gotovo čisti para-vodik, no čisti orto-vodik nije moguće izolirati, jer povećanjem temperature ne dolazi do povećanja njegovog udjela iznad 75%.
Odnos između orto- i para-vodika je vrlo bitna kod spremanja tekućeg vodika u spremnik, jer pretvaranje orto-vodika u para-vodik stvara dodatno toplinu, koja može dovesti do hlapljenja, a time i gubitka tekućeg vodika. Zbog toga treba koristiti [[katalizator]]e, kao što je [[Željezov(III) oksid|željezov (III) oksid]], aktivni [[ugljik]], platinizirani [[azbest]], [[kovine rijetkih zemalja]], [[Uranij|uranovi]] spojevi, [[krom]]ov oksid i neki spojevi [[nikal|nikla]].
Molekularni oblik iona triatomnog vodika ili H<sup>3+</sup>, je pronađen u međuzvjezdanoj materiji, koji je nastao ionizacijom vodika sa [[kozmičke zrake|kozmičkim zrakama]]. Također, taj oblik molekule je pronađen u gornjoj atmosferi [[Jupiter (planet)|Jupitera]]. Ona je dosta stabilna u tim okolinama, zbog malih temperatura i gustoće. To je jedan od najraširenijih [[ion]]a u svemiru.
== Primjena ==
Vodik je vrlo važna industrijska sirovina. Koristi se, između ostalog, za sintezu [[amonijak]]a i [[metanol]]a, za proizvodnju goriva za motorna vozila hidrogenacijom ugljika, [[Nafta|nafte]] i [[katran]]a. Koristi se i za zavarivanje i taljenje [[metal]]a, za punjenje zračnih balona i zračnih brodova, za redukciju metalnih [[oksid]]a u metale, hidrogeniranje ulja u masti itd.
Radi se na korištenju vodika kao goriva. Tehnologija je vrlo slabo rasprostranjena.
Prednosti vodika kao goriva su:
*
*
*
*
*
Nedostaci koji sprječavaju rašireniju uporabu su:
*
*
*
*
U kemijskom smislu, vodik nije izvor, već spremnik energije, jer nije prirodno nabavljiv u elementarnom obliku. U slučaju uspješne i održive nuklearne fuzije u [[nuklearna elektrana|nuklearnoj elektrani]], bio bi izvor ogromnih količina energije.
Velike količine H<sub>2</sub> se koriste u naftnoj i kemijskoj industriji. Najveća primjena je kod poboljšanja [[Fosilna goriva|fosilnih goriva]] i u proizvodnji [[amonijak]]a. U petrokemiji H<sub>2</sub> se koristi u procesima kao što su: hidrokrekiranje, katalitičko reformiranje benzina, izomerizacija i alkilacija. H<sub>2</sub> se isto koristi u povećanju zasićenja nezasićenih masti i ulja (koristi se za dobivanje [[margarin]]a). Također je sirovina za dobivanje [[Klorovodična kiselina|klorovodične kiseline]], a koristi se i kao [[reducens]] za [[mineralne sirovine]] ili rude. <ref> Chemistry Operations: 2003. [http://periodic.lanl.gov/elements/1.html] "Hydrogen|publisher=Los Alamos National Laboratory" 2008.</ref>
Vodik je izuzetno topiv u mnogim [[Kovine rijetkih zemalja|kovinama rijetkih zemalja]] i [[Prijelazni metali|prijelaznim metalima]], a topiv je i u nanokristalima i amorfnim metalima. [[Topljivost]] u metalima utječe na lokalne deformacije ili nečistoće u [[Kristalna rešetka|kristalnim rešetkama]], tako da metali postaju krtiji i lomljiviji, što stvara velike probleme u [[metalurgija|metalurgiji]], u izradi cjevovoda i metalnih rezevoara. Ponekad se to može riješiti ako vodik se pročisti prolaskom kroz diskove [[paladij]]a. <ref> Takeshita Wallace: "Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt", journal=Inorganic Chemistry, 1974.</ref>
Plinoviti vodik H<sub>2</sub> se koristi za hlađenje rotora [[Električni generator|električnih generatora]] u [[Elektrane i elektroenergetske mreže|elektranama]], zato što ima najveću toplinsku provodljivost od svih plinova. Tekući H<sub>2</sub> se koristi u ispitivanju [[supravodljivost]]i kod vrlo niskih temperatura. Budući da je plinoviti vodik H<sub>2</sub> skoro 15 puta lakši od zraka, nekad se koristio za [[Balon na vrući zrak|balone na vrući zrak]].
U novije vrijeme, plinoviti vodik H<sub>2</sub> se miješa sa [[dušik]]om, za dobivanje '''formirajućeg plina''' (oko 5% vodika u dušiku), koji se koristi kod postupka lociranja ili utvrđivanja propuštanja kod raznih cjevovoda u automobilskoj, kemijskoj industriji, elektranama, zrakoplovstvu i telekomunikacijama. Vodik se koristi kao dodatak [[hrana|hrani]] (E 949) za provjeru konzervirane hrane. <ref> Matthias Block: "Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection", publisher=Sensistor Technologies, 2004. [http://www.ndt.net/abstract/wcndt2004/523.htm]</ref>
[[Trojna točka]] vodika u ravnoteži iznosi 13, 8033 Kelvina.
===Nosilac energije===
[[Datoteka:Brno, Autotec, Mercedes Citaro na palivové články II.jpg|mini|desno|250px|Mercedes-Benz O530 Citaro autobus kojeg pogone vodikove [[Goriva ćelija|gorive ćelije]], u [[Brno|Brno]], [[Češka]].]]
Vodik nije izvor energije, osim u mogućim elektranama na [[nuklearna fuzija|nuklearnu fuziju]], koje bi koristile [[deuterij]] i [[tricij]], što je još daleko od komercijalne upotrebe. Vodik koji se dobije iz sunčevih, bioloških ili električnih izvora, treba više energije nego što od njega možemo dobiti izgaranjem, zato on više ima ulogu kao [[baterija]], za spremanje ili skladištenje energije. Vodik se može dobiti iz [[metan]]a, ali ti se izvori nazivaju neodrživim izvorima energije. <ref> McCarthy John: "Hydrogen", publisher=Stanford University, 1995. [http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/hydrogen.html]</ref>
'''Gustoća energije''' po jedinici obujma, za tekući ili komprimirani vodik, je puno manja od poznatih fosilnih goriva, iako po jedinici mase, gustoća energije je veća. Ipak, o vodiku se dosta raspravlja kao o budućem nosiocu energije. Tako recimo, vezivanjem ugljikovog dioksida iz zraka, može biti povezano sa stvaranjem H<sub>2</sub> kao fosilnog goriva. Tada bi vodik bio relativno čisti izvor energije, uz malo ispuštanje [[Azotni oksidi|dušikovih oksida]], ali bez stvaranja [[Ugljikov(IV) oksid|ugljikovog dioksida]]. Ipak, ulaganje u infrastrukturu bi bilo znantno. <ref> "DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy", publisher=US Department of Energy, 2006. [http://www.hydrogen.energy.gov/news_transition.html]</ref>
===Proizvodnja poluvodiča===
U proizvodnji [[poluvodič]]a, vodik se koristi za zasićenje slomljenih (“klimavih”) veza u amorfnom [[silicij]]u i amorfnom [[ugljik]]u, da bi im se povećala kvaliteta. On je isto mogući dodatak u različitim oksidima, kao: ZnO, SnO<sub>2</sub>, CdO, MgO, ZrO<sub>2</sub>, HfO<sub>2</sub>, La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, TiO<sub>2</sub>, SrTiO<sub>3</sub>, LaAlO<sub>3</sub>, SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, ZrSiO<sub>4</sub>, HfSiO<sub>4</sub> i SrZrO<sub>3</sub>. <ref> Van de Walle: "Hydrogen multicentre bonds", journal=Nature Materials, 2007.</ref>
== Biološka uloga ==
Kao sastojak vode, nalazi se u svakom biološkom organizmu u velikim količinama. Osim u vodi, nalazi se i u gotovo svim organskim spojevima unutar organizma, vezan kovalentno za primjerice [[ugljik]] ili [[dušik]]. U vodenim otopinama koje su dio svakog organizma, nazočan je u obliku H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> iona, te kao takav ima izvanredno važnu, temeljnu ulogu u regulaciji staničnih procesa.
H<sub>2</sub> se stvara kod nekih vrsta [[Vrenje|vrenja ili fermentacija]], a stvaraju ga neki [[mikroorganizmi]], obično uz pomoć [[katalizator]]a, koje sadrže [[enzim]]e sa [[željezo|željezom]] ili [[nikal|niklom]], koji se nazivaju hidrogenaze.
Razdvajanje vode u protone, elektrone i kisik, javlja se kod gotovo svih biljaka koje vrše [[fotosinteza|fotosintezu]]. Neki takvi organizmi, kao [[modrozelene alge]] su razvile i drugi korak, po mraku, kojim se stvara plinoviti vodik H<sub>2</sub> uz pomoć specijalnih hidrogenaza u [[kloroplast]]u. Trenutno se rade ispitivanja na genetski modificiranim modrozelenim algama, koje bi stvarale H<sub>2</sub>, čak i u prisustvu kisika ili takozvani '''bioreaktori'''. <ref> Williams Chris; "Pond life: the future of energy", publisher=The Register, 2006. [http://www.theregister.co.uk/2006/02/24/pond_scum_breakthrough/]</ref>
==Sigurnost i mjere opreza==
Vodik stvara čitav niz opasnosti za čovjekovu sigurnost, pogotovo H<sub>2</sub> je opasan kao plin praskavac u zraku. Osim toga, tekući vodik je opasan, jer stvara vrlo niske temperature, što može dovesti do smrzotina na prstima. <ref> "Hydrogen Safety", publisher=Humboldt State University, [http://www.schatzlab.org/education/h2safety.html], 2010.</ref>
== Izvori ==
{{izvori}}
== Vanjske poveznice ==
{{Commonscat|Hydrogen}}
[http://www.ktf-split.hr/periodni/h.html Vodik (PSE) - Kemijsko-tehnološki fakultet Split]
{{Kemijski elementi}}
[[Kategorija:Kemijski elementi]]
| |||