VODÍK

Vodík je nejjednodušší prvek periodické soustavy prvků. Patří do skupiny s prvků, protože má svůj valenční elektron v orbitale 1s. Elektronová konfigurace vodíku je H: 1s¹, jde tedy o tzv. s¹ prvek.

Je nejzastoupenějším prvkem ve vesmíru (91%; hvězdy) a v lidském těle (voda, proteiny, ...).

Vodík není rozpustný ve vodě. Se vzduchem tvoří třaskavou směs vybuchující i při malé iniciaci (jiskra). Pro svou nebezpečnost se skladuje vmezeřením do kovů (→ vmezeřené hydridy).

Izotopy vodíku

• vodíkové atomy se vyskytují ve třech známých izotopech lišících se počtem neutronů

  • protium – ¹₁H (lehký vodík, bez neutronů)

  • deuterium – ²₁H (těžký vodík, 1 neutron, též označení ²₁D), nepodléhá radioaktivní přeměně
    

  • tritium – ³₁H (super těžký vodík, 2 neutrony, též označení ³₁T), je radioaktivní a podléhá beta rozpadu
    

Vodík se běžně nevyskytuje v atomárním stavu, ale v molekulárním. Tvoří totiž dvouatomové molekuly H₂ s kovalentní nepolární vazbou, díky které získává stabilní elektronovou konfiguraci helia 1s². Nepolární vazby tvoří vodík také v uhlovodících.

Polární vazbu najdeme v molekulách vody a sloučeninách vodíku s prvky s vysokou elektronegativitou (halogeny).

Molekuly vodíku reagují téměř se všemy prvky, nejlépe pak za vyšších teplot nebo v přítomnosti katalyzátorů. Molekulový vodík je za normálních podmínek bezbarvý nepáchnoucí plyn lehčí než vzduch. Působí jako redukční činidlo.

Hydridy

Hydridy jsou binární sloučeniny vodíku s vlastnostmi závislými na vazbě mezi vodíkem a jiným prvkem. Podle toho se hydridy dělí na iontové a kovalentní.

Iontové hydridy

Obsahují vodík v oxidačním čísle -I. Jsou to pevné látky s vysokou teplotou tání a varu. Elektrolýzou jejich tavenin se vodík vylučuje na anodě. Při jejich reakci s vodou vzniká plynný vodík.

Příkladem iontového hydridu je např. hydrid sodný NaH.

Kovalentní hydridy

Jsou sloučeniny vodíku a jiného prvku, jejichž molekuly obsahují kovalentní vazbu.

Nepolární hydridy – např. CH₄ (methan), PH₃ (fosfan), AsH₃ (arzan) – díky nepolárním vazbám nereagují s vodou.

Polární hydridy – halogenovodíky (obec. vzorec - HX), amoniak (NH₃) – reagují s vodou za uvolňování nebo přijímání vodíkového kationtu H⁺.

Použití vodíku

• díky svým redukčním účinkům se využívá v anorganických i organických chemických provozech

• metalurgie – redukce kovových rud

• raketové palivo (kapalný vodík)

• magnetická rezonanční tomografie – zobrazovací metoda využívající zajímavé vlastnosti atomů vodíku vázaných v molekulách vody – vodíkové protony se při působení homogenního magnetického pole orientují ve směru tohoto pole a při vyslání radiofrekvenčního impulzu se vychýlí z tohoto směru, po skončení impulzu se vrací do své původní polohy, měří se čas, za jaký se do ní vrátí a indukované napětí v elmag. cívkách (více o MR v březnu 2011 v úseku Fyzikální chemie)

Příprava vodíku

• k laboratorním účelům se malá množství vodíku připravují elektrolýzou vody (2 H₂O → 2 H₂ + O₂; vodík se vylučuje na katodě) nebo reakcí běžných kyselin s obecnými kovy (např. Zn + 2 HCl → H₂ + ZnCl₂)

Výroba vodíku

• pro průmyslové provozy se vodík vyrábí přeháněním zemního plynu nad vodní párou za přítomnosti katalyzátoru a při vyšší teplotě

• CH₄ + H₂O → 3 H₂ + CO

• vzniklá směs vodíku a oxidu uhelnatého se označuje jako syntézní plyn