Vodik – razlika između verzija
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
m Vraćene izmene korisnika Jezdimir Uskokovic na poslednju izmenu korisnika SieBot |
Nema sažetka izmjene |
||
Red 1:
{{Kemijski_element
|ime = Vodik
|simbol = H
|redni_broj = 1
|kemijska_skupina = nemetali
|grupa = 1
|perioda = 1
|blok = s
|izgled = bezbojni [[plin]]
|gustoca = 0,08988
|tvrdoca = -
|atomska_masa = 1,00794(7)
|specificni_toplinski_kapacitet = (25 °C) (H<sub>2</sub>) 28.836
|taliste = −259,14
|vreliste = −252,87
|toplina_taljenja = (H<sub>2</sub>) 0,117
|toplina_isparivanja = (H<sub>2</sub>) 0,904
|EK1 =1
|EK2 =1
|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.
== 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]].
== Svojstva ==
Pri [[Standardni tlak i temperatura|standardnom tlaku i temperaturi]], vodik je [[plin]] bez boje, mirisa i okusa, 14.4 puta laksi od zraka. Neotrovan je i nije zagušljiv. Slabo je topljiv u polarnim, a bolje u nepolarnim otapalima.
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 °C, izgara gotovo nevidljivim plamenom u vodu:
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>
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.
== 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.
U
Čini 75% mase svemira, te je ishodišna tvar iz koje su [[nuklearna fuzija|nuklearnom fuzijom]] nastali ostali elementi.
== 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]]:
Zn<sub>(s)</sub> + 2 H<sup>+</sup> → Zn<sup>2+</sup> + H<sub>2(g)</sub>
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]], ukoliko ti metali stvaraju hidrokso-komplekse:
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:
*[[katoda]] (-): 4 H<sub>2</sub>0 + 4e<sup>-</sup> → 2 H<sub>2(g)</sub> + 4 OH<sup>-</sup>
*[[anoda]] (+): 4 OH<sup>-</sup> → O<sub>2(g)</sub> 2 H<sub>2</sub>O + 4e<sup>-</sup>
:::2 H<sub>2</sub>O → 2 H<sub>2(g)</sub> + O<sub>2(g)</sub>
Vodik se dobiva i kao nusprodukt kod dobivanja [[klor]]a metodom [[kloralkalna elektroliza|kloralkalne elektrolize]].
Jedna od najraširenijih i najjeftinijih metoda jest piroliza ugljikovodika, primjerice [[etan]]a:
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 °C:
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>
Kada je lako dostupan i jeftin ugljen, koristi se redukcija vodene pare:
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>
Dobivena smjesa zove se [[vodeni plin]].
[[Ugljikov dioksid|Ugljikov(II) oksid]] od vodika se odvaja reakcijom s dodatnom vodenom parom, pri čemu nastaje dodatna količina vodika:
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 [[ugljikov(II) oksid|ugljikovog(II) oksida]] uklanjaju se prevođenjem plina preko zagrijanog [[natrijev hidroksid|natrijevog hidroksida]] pri čemu nastaje [[natrijev metanoat]].
== Spojevi ==
Spojevi vodika mogu se podijeliti na spojeve u kojima je nazočan u negativnom (-1) i pozitivnom stupnju oksidacije (+1).
Prvi se nazivaju [[hidrid]]ima, i zauzimaju manjinu vodikovih spojeva, dok su drugi puno zastupljeniji i važniji. Sastavni je dio živog svijeta, u kojem igra jednu od temeljnih uloga.
Poznati spojevi su vodikov peroksid i vodikov praskavac.
== Izotopi ==
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)]].
== 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. Ukoliko su spinovi dvaju protona iz molekule antiparalelni, rezultantni spin je nula, te je stanje nedegenerirano. Takav vodik zove se para-vodik. Ukoliko su paralelni, rezultantni spin je 1, a stanje je trostruko degenerirano, što dovodi do orto-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.
Između njih postoji ravnoteža:
''o''-H<sub>2</sub> ⇄ ''p''-H<sub>2</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{}}H</math> < 0
koja se hlađenjem pomiče udesno.
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%.
== Uporaba ==
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:
*visoka energetska vrijednost
*neograničene količine dostupne u spojevima
*izgaranjem daje kemijski čistu vodu
*cjevovodima se može razvoditi na daljinu
*lakše se skladišti i čuva nego električna energija
Nedostaci koji sprječavaju rašireniju uporabu su:
*visoka cijena i često slaba isplativost izvlačenja vodika iz spojeva
*obilno curenje vodika kroz spremnike i cjevovode, zbog ekstremo malene molekule
*vodik difundiranjem u razne metale narušava njihovu kristalnu rešetku čineći ih krtima
*opasnost za ozonski sloj jer trenutno reducira ozon u vodu
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.
== 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.
== Izvori ==
{{izvori}}
{{Wječnik-stavka}}
== Vanjske poveznice ==
[http://www.ktf-split.hr/periodni/h.html Vodik (PSE) - Kemijsko-tehnološki fakultet Split]
{{Kemijski elementi}}
<!-- interwiki -->
[[Kategorija:Kemijski elementi]]
{{Link FA|
{{Link FA|
{{Link FA|en}}
{{Link FA|de}}
{{Link FA|es}}
{{Link FA|eu}}
{{Link FA|
{{Link FA|ro}}
[[af:Waterstof]]
Linija 106 ⟶ 216:
[[he:מימן]]
[[hi:हाइड्रोजन]]
[[hsb:Wodźik]]
[[ht:Idwojèn]]
Linija 169 ⟶ 278:
[[scn:Idrògginu]]
[[sco:Hydrogen]]
[[hr:Vodik]]
[[si:හයිඩ්රජන්]]
[[simple:Hydrogen]]
| |||