Wodór
1 H Układ okresowy pierwiastków
Wodór świecący w lampie wyładowczej Wodór świecący w lampie wyładowczej
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.	Wodór, H, 1
Grupa, okres, blok	1 , 1, s
Właściwości metaliczne	niemetal
Właściwości atomowe Masa atomowa 1,00794 amu Promień atomowy 25 (53) pm Promień walencyjny 37 pm Promień van der Waalsa 120 pm Konfiguracja elektronowa 1s1 Zapełnienie powłok 1 Elektroujemność 2,20 ( Pauling ) 2,20 ( Allred ) Stopień utlenienia 1 Właściwości kwasowe tlenków amfoteryczne
Właściwości fizyczne Stan skupienia gazowy Gęstość 0,0899 kg/m3 Kolor bezbarwny 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 lub D 0,015% stabilny izotop z 1 neutronem 3H lub T ślady 12,33 lat β - 0,019 3 He 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 .

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).

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 aktywności jonów hydroniowych, a nie wodorowych.

Serie widmowe

Wodór ma charakterystyczne serie widmowe:

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

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. Przypuszcza się jednak, że podobne eksperymenty wykonywano już wcześniej.

Eksperymenty te powtórzył w 1661 r. Robert Boyle , który opisał też wybuchową naturę mieszanki wodoru z powietrzem, zwanej dziś mieszaniną piorunującą , a wówczas aria tonante – z włoskiego – "powietrze grzmiące". Pierwszą osobą, która uznała wodór za pierwiastek, a właściwie flogiston , czyli "pierwiastek palności", będący przedmiotem błędnej teorii flogistonowej i reliktem wielowiekowej tradycji alchemii, był Henry Cavendish . W 1766 r. zamieścił w swoich notatkach taką tezę. Jak wszystkie inne badania angielskiego arystokraty nie zostało to jednak opublikowane za jego życia. Substancja ta została uznana za pierwiastek dzięki badaniom Antoine Lavoisiera nad otrzymywaniem wody z wodoru i tlenu w 1783 r. Pierwotnie polska nazwa, przetłumaczona z łaciny przez Jędrzeja Śniadeckiego brzmiała "wodoród". Nazwę tą przyjęli także Chodkiewicz, Fonberg , Krzyżanowski i Radwański, który używał także nazwy "lżeń". W projekcie warszawskim określano nowy pierwiastek mianem "wodor", Matecki pisał "wód", a Czyrniański "wod", następnie także "wód". Z biegiem czasu została skrócona do powszechnie dziś znanej którą Jako pierwszy nazwę "wodór" zaproponował Filip Walter , co zatwierdziła krakowska Akademia Umiejętności w roku 1900 .

Otrzymywanie

Na skalę przemysłową wodór otrzymuje się następującymi metodami:

• Poprzez konwersję realizowaną podczas przepuszczania 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:

2CH₄ + O₂ → 2CO + 4H₂

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 .

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. Ulega rozpadowi β- z powstaniem helu -3.

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 . Związki zawierające deuter są wykorzystywane do przygotowanie próbek NMR ze względu na właściwości fizykochemiczne tego atomu.

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

• redukcji związków tlenowych

Związki wodoru

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

Przypisy

Zobacz też

• deuter , deuteron
• tryt , tryton
• antywodór
• przechowywanie wodoru

Bibliografia

• "Księga pierwiastków", Ignacy Eichstaedt, wydanie III, Warszawa 1973.

Linki zewnętrzne

• Zastosowanie wodoru jako paliwa