Početna za: VODIK, H  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanja vodika:

Za dobivanje vodika koriste se njegovi spojevi. Za laboratorijske svrhe vodik se dobiva na više načina: otapanjem nekog metala (obično cinka) u razrijeđenoj klorovodičnoj ili sumpornoj kiselini u Kippovu aparatu, reakcijom sa metalom negativnog redoks-potencijala (npr. aluminijem), pomoću lužina (KOH ili NaOH) te reakcijom vode i čvrstog hidrida (najčešće CaH2). 
Za industrijsko dobivanje vodika također se koristi više metoda, od kojih su najznačajnije: elektroliza vode, redukcija vodene pare s ugljikom, redukcija vodene pare sa željezom i elektroliza vodene otopine natrijevog klorida.
Budući da čista voda slabo provodi struju, kao elektrolit se dodaju otopine alkalijskih hidroksida. Tijekom elektrolize na katodi se reducira vodik, a na anodi oksidira kisik:

Katoda: 4H2O + 4e- -> 2H2(g) + 4OH- 
Anoda: 4OH- -> O2(g) + 2H2O + 4e- 
Ukupna reakcija: 2H2O -> 2H2(g) + O2(g). 

Vodik se dobiva i prevođenjem vodene pare preko užarenog koksa (temperature 1000-1400°C) pri čemu nastaje smjesa vodika i ugljikovog(II)-oksida koja se naziva vodeni plin:
H2O(g) + C -> H2(g) + CO(g).

Da bi se iz dobivene smjese uklonio CO, vodeni plin se pomiješa s vodenom parom i provodi preko katalizatora (obično željezov oksid) pri temperaturi 450°C:

H2O(g) + CO(g) -> H2(g) + CO2(g). 

Nastali CO2 lako se ukloni iz smjese ispiranjem vodom pod tlakom ili apsorpcijom u lužini.
Vrlo je sličan postupak dobivanja vodika prevođenjem vodene pare preko užarenog, vrlo fino usitnjenog željeza (kontaktne mase) pri 550-800°C: 3Fe(s) + 4H2O(g) -> Fe3O4(s) + 4H2(g).


Svojstva i upotreba vodika:

Pri sobnoj temperaturi vodik je zagušljiv, ali neotrovan plin bez boje, mirisa i okusa koji se hlađenjem ispod -252,8°C zgusne u bezbojnu tekućinu. Pri -259,3°C tekući vodik prelazi u čvrsti vodik koji ima heksagonsku kristalnu strukturu. Prema elektronskoj konfiguraciji u periodnom sustavu elemenata može se podjednako svrstati u prvu skupinu alkalijskih metala (jedan elektron u s-orbitali) ili u sedmu, halogenu skupinu (jedan elektron manjka do popunjenja ljuske). Kako je vodikov atom najjednostavniji (jedan elektron koji stvara sferni elektronski oblak oko jezgre - protona) i kod njega u potpunosti dolaze do izražaja kvantni efekti, vodik je u tom smislu najispravnije promatrati izdvojeno u odnosu na spomenute skupine iako ga po određenim svojstvima možemo svrstati u prvu ili u sedmu skupinu.

Kao i ostali plinovi, vodik pokazuje karakteristične spektralne linije na temelju kojih se može prepoznati, a to su spektralne linije Balmerove serije u vidljivom dijelu spektra, Lymanove serije koja leži u ultraljubičastom području i tri spektralne serije (Paschenovu, Brackettovu i Pfundovu) koje leže u infracrvenom području. Proučavanje spomenutih spektralnih linija bilo je od velikog značenja u razvoju kvantne mehanike kao znanosti o zakonima u svijetu atoma početkom ovog stoljeća.

Vodik se na Zemlji, a time i voda, nalazi kao smjesa s vrlo malim udjelom deuterija - (0,015%). Radioaktivni izotop tricij ima vrijeme poluraspada 12,26 godina i raspada se bez y-emisije. Proizvodi se neutronskim ozračivanjem deuterija u nuklearnim reaktorima. Namjena mu je za fuzijsko punjenje H-bombe, kao radioaktivnog obilježivača i kao sastojka nekih luminiscentnih nanosa koji se pobuđuju na emisiju beta-radioaktivnošću tricija. U razvoju fuzijskih termonuklearnih reaktora tricij će biti osnovni gorivni sastojak.

U slobodnom stanju na Zemlji vodik se uvijek nalazi kao dvoatomna molekula H2 koja nije mogla disocirati niti pod najvećim, do danas postignutim, tlakom. Pokazalo se da postoje dva tipa molekula: orto- i para-vodik, koje se razlikuju po ukupnom molekularnom spinu, a zato i po spektrima zračenja. Talište i vrelište para-vodika je za 0,1°C niže od orto-vodika. Pri standardnim uvjetima plin vodika sadrži 25% paramolekula i 75% ortomolekula.

Plinoviti vodik najlakši je od svih plinova zbog čega je prikladan za punjenje balona i plinom punjenih lebdjelica, a tekući je vodik najlakši od svih tekućina. Ima vrlo nisko talište i vrelište. Toplinska vodljivost mu je razmjerno velika (sedam puta veća od vodljivosti zraka), a topljivost u vodi mala. 

Smjesa vodika i kisika je eksplozivna (plin praskavac), a izgaranjem vodika u, npr. Daniellovom plameniku, može se postići temperatura od 2700°C pa se koristi za rezanje i zavarivanje raznih metala.
Zbog malih dimenzija, molekule vodika vrlo lako difundiraju kroz gotovo sve materijale što stvara velike teškoće pri izradi postrojenja za razne procese hidriranja i za sintezu amonijaka. U nekim metalima i intermetalnim legurama vodik se lako apsorbira u mikrostrukturu i iz nje desorbira (npr. laganim grijanjem) pa te legure predstavlju spremnike plinovitog vodika koji bi se mogao koristiti kao gorivo (vodikove baterije).


Spojevi vodika:

Vodik u spojevima ima oksidacijski broj -1 i +1.

Glavne skupine spojeva:

-Hidridi se mogu podijeliti u sljedeće skupine: alkalni hidridi su hidridi s najelektropozitivnijim elementima (tj. elementima I. i II. skupine) npr. LiH, NaH, KR, RbH, CsH, CaH2); kovalentni hidridi spojevi su vodika s većinom nemetala i prijelaznih metala; kompleksi u spojevima u kojima se anionski kompleks može promatrati kao koordinatni H- ionu u metalu ili nemetalu (npr. BH^4-, ReH9^2-); hidridi prijelaznih metala u pravilu su nestehiometrijski (nisu pravi spojevi), a nastaju "ugradnjom" vodika u kristalnu strukturu metala. 

-Halogenovodici su spojevi vodika s halogenim elementima, tj. HF, HCI, HBr, HI. Otapanjem u vodi halogenovodici daju pripadne halogenovodične kiseline. U vodi je najjače disocirana, a time i najjača jodovodična kiselina. Halogenovodici i pripadne kiseline opisani su kod odgovarajućih halogenih elemenata pa ih ovdje nećemo navoditi.

-Ugljikovodici (hidrokarbonati) spojevi su u kojima se nalaze vodik i kisik. Prema rasporedu atoma u molekuli dijele se na alifatske i cikličke. Alifatski se dijele prema broju dvostrukih veza u molekuli, npr. olefini, diolefini, parafini itd., a ciklički mogu biti aromatski (benzen) i cikloparafini.

-Voda (H2O) jedan je od najvažnijih spojeva uopće i prijeko potrebna za život na Zemlji. O vodi je bilo dosta riječi kod prikaza kisika pa se ovdje neće ponavljati.

-Teška voda (D2O) analogna je običnoj vodi u kojoj su vodikovi atomi zamijenjeni deuterijevim. Gustoća joj je 12,5% veća od obične vode. Najviše se koristi kao usporivač neutrona (moderator) u reaktorima koji su ujedno i hlađeni teškom vodom.

 Početna za: VODIK, H