Dowiedz się więcej o wodorze

Wodór jest najlżejszym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie i może łączyć się z innymi atomami wodoru, tworząc gaz, który ma wiele zastosowań

Zdjęcie Florencia Viadana w Unsplash

Wodór to pierwiastek o najniższej masie atomowej (1 u) i najniższej liczbie atomowej (Z = 1) spośród wszystkich znanych dotychczas pierwiastków. Pomimo umieszczenia wodoru w pierwszym okresie rodziny IA (metale alkaliczne) układu okresowego, wodór nie ma właściwości fizyko-chemicznych podobnych do pierwiastków z tej rodziny, a zatem nie jest jej częścią. Ogólnie rzecz biorąc, wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w całym wszechświecie i czwartym najliczniej występującym pierwiastkiem na planecie Ziemia.

Wodór ma wyjątkowe właściwości, to znaczy nie przypomina żadnego innego znanego człowiekowi pierwiastka chemicznego. Wodór powszechnie uczestniczy w składzie kilku rodzajów substancji organicznych i nieorganicznych, takich jak metan i woda, a gdy nie wchodzi w skład substancji chemicznych, występuje wyłącznie w postaci gazowej o wzorze H2.

W stanie naturalnym iw normalnych warunkach wodór jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku. Jest to cząsteczka o dużej zdolności do magazynowania energii, dlatego jej zastosowanie jako odnawialnego źródła energii elektrycznej i cieplnej zostało szeroko zbadane.

Odkrycie wodoru

W połowie XVI wieku Pareselsvs postanowił poddać niektóre metale reakcji z kwasami, uzyskując wodór. Chociaż wcześniej testowano, Henry Cavendish zdołał oddzielić wodór od łatwopalnych gazów i uznał go za pierwiastek chemiczny w 1766 roku.

Nie bycie metalem, a tym bardziej ametalem, stanowi jego osobliwość w układzie okresowym. 1773 Antoine Lavoisier dało składnikiem chemicznym nazwę wodoru, który wywodzi się z greckiego wodnej i genów , środki generatora i wody.

Wodór w przyrodzie

• Wodór jest częścią składu chemicznego kilku substancji organicznych (białek, węglowodanów, witamin i lipidów) i nieorganicznych (kwasów, zasad, soli i wodorków);
• W powietrzu atmosferycznym występuje w postaci gazowej, reprezentowanej przez postać cząsteczkową H2, która powstaje w wyniku wiązania kowalencyjnego między dwoma atomami wodoru;
• Wodór tworzy również cząsteczki wody, która jest ważnym zasobem niezbędnym do życia.

Źródła wodoru

Na Ziemi wodór nie występuje w najczystszej postaci, ale w postaci złożonej (węglowodory i pochodne). Z tego powodu wodór należy pozyskiwać z kilku źródeł. Główne źródła wodoru to:

1. Gazu ziemnego;
2. Etanol;
3. Metanol;
4. Woda;
5. Biomasa;
6. Metan;
7. Algi i bakterie;
8. Benzyna i olej napędowy.

Charakterystyka wodoru atomowego

• Ma trzy izotopy (atomy o tej samej liczbie atomowej i różnych liczbach masowych), czyli prot (1H1), deuter (1H2) i tryt (1H3);
• Przedstawia tylko poziom elektroniczny;
• W swoim jądrze ma pojedynczy proton;
• Ma tylko jeden elektron na swoim poziomie elektronicznym;
• Liczba neutronów zależy od izotopu - propium (0 neutronów), deuteru (1 neutron) i trytu (2 neutrony);
• Ma jeden z najmniejszych promieni atomowych w układzie okresowym;
• Ma większą elektroujemność niż jakikolwiek pierwiastek metaliczny;
• Ma większy potencjał jonizacji niż jakikolwiek pierwiastek metaliczny;
• Jest to atom zdolny do przekształcenia się w kation (H +) lub anion (H-).

Stabilność atomu wodoru uzyskuje się, gdy otrzymuje on elektron w powłoce walencyjnej (najbardziej zewnętrznej powłoce atomu). W wiązaniach jonowych wodór oddziałuje wyłącznie z metalem, uzyskując z niego elektron. W wiązaniach kowalencyjnych wodór dzieli swój elektron z ametalem lub ze sobą, tworząc proste wiązania.

Charakterystyka wodoru cząsteczkowego (H2)

• W temperaturze pokojowej zawsze występuje w stanie gazowym;
• Jest to gaz łatwopalny;
• Jego temperatura topnienia wynosi -259,2 ° C;
• Jego temperatura wrzenia wynosi -252,9 ° C;
• Ma masę molową 2 g / mol, będąc najlżejszym gazem;
• Ma kowalencyjne wiązanie sigma typu ss między dwoma zaangażowanymi atomami wodoru;
• Między atomami znajdują się dwa elektrony;
• Ma liniową geometrię molekularną;
• Jego cząsteczki są niepolarne;
• Jego cząsteczki oddziałują za pomocą indukowanych sił dipolowych.

Wodór cząsteczkowy ma duże powinowactwo chemiczne do kilku związków. Ta właściwość dotyczy zdolności jednej substancji do reagowania z drugą, ponieważ nawet jeśli dwie lub więcej substancji wejdzie w kontakt, ale nie ma między nimi podobieństwa, reakcja nie nastąpi. W ten sposób bierze udział w reakcjach takich jak uwodornienie, spalanie i prosta wymiana.

Sposoby otrzymywania wodoru cząsteczkowego (H2)

Metoda fizyczna

Wodór cząsteczkowy można uzyskać z powietrza atmosferycznego, gdyż jest to jeden z gazów obecnych w tej mieszaninie. W tym celu konieczne jest poddanie powietrza atmosferycznego metodzie frakcjonowanego upłynniania, a następnie destylacji frakcjonowanej.

Metoda chemiczna

Wodór cząsteczkowy można uzyskać poprzez określone reakcje chemiczne, takie jak:

• Prosta wymiana: reakcja, w której metal nieszlachetny (Me) wypiera wodór obecny w kwasie nieorganicznym (HX), tworząc dowolną sól (MeX) i wodór cząsteczkowy (H2):
• Me + HX → MeX + H2
• Uwodnienie węgla koksowego (produkt uboczny węgla mineralnego): w tej reakcji węgiel (C) węgla oddziałuje z tlenem zawartym w wodzie (H2O), tworząc tlenek węgla i gazowy wodór:
• C + H2O → CO + H2
• Elektroliza wody: gdy woda poddawana jest procesowi elektrolizy, tlen i wodór tworzą:
• H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Zakłady wodoru

• Paliwo do rakiet lub samochodów;
• Palniki łukowe (wykorzystujące energię elektryczną) do cięcia metali;
• Spoiny;
• Syntezy organiczne, a dokładniej w reakcjach uwodornienia węglowodorów;
• Reakcje organiczne, które przekształcają tłuszcze w oleje roślinne;
• Produkcja halogenowodorów lub uwodornionych kwasów;
• Produkcja wodorków metali, takich jak wodorek sodu (NaH).

Bomba wodorowa

Bomba wodorowa, bomba wodorowa lub bomba termojądrowa to bomba atomowa, która ma największy potencjał zniszczenia. Jej działanie jest wynikiem procesu syntezy jądrowej, dlatego też można ją nazwać bombą termojądrową.

Wybuch bomby wodorowej jest wynikiem procesu syntezy, który zachodzi w bardzo wysokich temperaturach, około 10 milionów stopni Celsjusza. Proces produkcji tej pompy rozpoczyna się od połączenia izotopów wodoru, zwanych protem, deuterem i trytem. Połączenie izotopów wodoru powoduje, że jądro atomu wytwarza jeszcze więcej energii, dzieje się tak dlatego, że powstają jądra helu, którego masa atomowa jest 4 razy większa niż wodoru.

W ten sposób rdzeń, który był lekki, staje się ciężki. Dlatego proces syntezy jądrowej jest tysiące razy bardziej gwałtowny niż rozszczepienie. Siła bomby wodorowej może osiągnąć 10 milionów ton dynamitu, uwalniając materiał radioaktywny i promieniowanie elektromagnetyczne na poziomie znacznie wyższym niż bomby atomowe.

Podczas pierwszego testu bomby wodorowej w 1952 roku uwolniono energię odpowiadającą około 10 milionom ton trotylu. Warto wspomnieć, że ten typ reakcji jest źródłem energii dla gwiazd takich jak Słońce. W 73% składa się z wodoru, 26% helu i 1% innych pierwiastków. Wyjaśnia to fakt, że w jego rdzeniu zachodzą reakcje syntezy jądrowej, w których atomy wodoru łączą się, tworząc atomy helu.

Fakty dotyczące wodoru

• Wodór cząsteczkowy jest lżejszy od powietrza i był używany w sztywnych statkach powietrznych przez niemieckiego hrabiego Ferdynanda von Zeppelina, stąd nazwa sterowców;
• Wodór cząsteczkowy może być syntetyzowany przez niektóre bakterie i glony;
• Wodór można wykorzystać do produkcji czystego paliwa energetycznego;
• Metan (CH4) jest coraz ważniejszym źródłem wodoru.