Diskuse ke kategorii:Anorganická chemie

Vodík

■ z řeč. hydór = voda, gennao = tvořím obecně: ○ Z = 1 ○ Ar = 1.00797 ○ X = 2.2 tvoří vazby nepolární (H2) nebo polární (HCl) ○ Tt = -259.2° C ○ Tv = -252.8° C ○ ρ = 0.08988 g·1-1 (0° C, 1 atm) ○ oxidační čísla -1, 1, 0 (molekula H2) ○ elektronová konfig. 1s1

jsou známy tři izotopy vodíku: ○ 1H lehký vodík (protium) – výskyt: 99.9844 % ○ 2H (D) těžký vodík (deuterium) – výskyt: 0.0156 % ○ 3H (T) radioaktivní tritium – výskyt: 10-15–10-16 % jaderná syntéza ( slunce )

výskyt: ○ nejrozšířenější prvek ve vesmíru a devátý nejrozšířenější prvek na Zemi (třetí nejrozšířenější biogenní prvek) ○ volný: sopečné plyny, zemní plyn, atmosféry hvězd ○ vázaný: voda, org. a anorg. sloučeniny, biogenní prvek

vlastnosti: ○ z dvouatomových molekul H2 ve které jsou atomy vázány jednoduchou nepolární kovalentní vazbou - je poměrně stabilní ○ za normálních podmínek bezbarvý, bez chuti a zápachu ○ typický nekov, nejlehčím plynem ○ molekuly tak nepatrné -> procházejí pórovitými látkami, nepolévanými porcelánovými stěnami ○ velká ionizační energie 1’311 kJ·mol-1 (ve srovnání s ostatními s1-prvky (alkalické kovy) je přibližně dvojnásobná ○ tvoří vodíkové můstky s N, O, F ○ málo reaktivní (reaguje jen za vysoké teploty např. za použití katalyzátorů) – ○ s kyslíkem tvoří výbušnou směs ○ rozštěpením vazby v molekulovém vodíku vzniká atomový vodík – vodík ve stavu zrodu – velmi reaktivní, silné redukční vlastnosti, reaguje s celou radou látek již za nízkých teplot

při slučování vodíku se může e- obal jeho atomů upravit podle nejbližšího vzácného plynu dvojím způsobem:

 odtržením e- vz. proton H+, který není stálý a ihned se váže na molekulu. volný e- pár (H3O+ - hydroxoniový kation, NH4+ - amonný kation), je nositelem kyselých vlastností kyselin  přibráním jednoho e- získá konfiguraci He, vznikne hydridový anion H- (hydridy alkalických kovů nebo zemin) ○ slučuje se téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých přechodných kovů  H2 + Cl2 → 2HCl  3H2 + N2 → 2NH3 ○ redukční vlastnosti vodíku schopnost slučovat se s kyslíkem vázaným v oxidech CuO + H2 → Cu + H2O

laboratorní příprava:

reakcí neušlechtilých kovů s vodnými roztoky kyselin a hydroxidů  Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2  Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

reakcí s1 a s2 prvků s vodou  2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

reakcí vodní páry se železem  3Fe + 4H2O → Fe2O3 + 4H2

průmyslová výroba:

pertochemická výroba cca 80 % vodíku

termickým rozkladem methanu butanu či nafty, takto vzniklí vodík pak pochází z 1/3z vody (vodní páry) a zbytek z uhlovodíků CH4+ H2O--------CO + 3 H2 (1200 C)

parní štěpení allotermická reakce při které se uhlovodíky přivedou k bodu var cca 200 C  CH4 ───→ C + 2H2 205kJ mol

Parcipální oxidace těžkého topného oleje a mazutu

reakce probíhá bez katalyzátoru a je tepelně samostatná 
   C n H2n+2 +  n O2─── → 2n CO + 2 (n +1)H2  

Zplyňování uhlí  3C + O2 + H2O (pára)───→ 3CO2 + H2

reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem  C + H2O ───→ CO + H2 (vodní plyn – z něho kapalněním a oddělením CO)

elektrolýza vody - využívá se pro její chemickou čistotu rozklad probíhá ve vodní lázni s přidáním KOH pro zvýšení vodivosti. jako vedlejší produkt lze získat D2O

použití: ○ uchovává se v ocelových lahvích označených červeným pruhem ○ redukční činidlo (získávání těžko vyredukovatelných kovů) CuO + H2 → Cu + H2O

○ výroba NH3 (56%) jde o přímou syntézu tzv. haber-boschová metoda (Fe 450 C 20 MP) H2 + 3N2---2 NH3 ○ ke svařování (kyslíkovodíkový plamen t=2‘300 °C) 2H2 + O2 ---- 2H2O o výroba dusíkatých hnojiv, HNO3 ○ odstraňování síry z ropy ○ ztužování tuků jedná se hydrogenaci dvojné vazby esterů vyšších mastných kyselin

ester nenasycené vyšší mastné kys.------- ester nenasycené vyšší mastné kys. O O CH3 skupina je karboxylová skupina, kde je nahrazen vodík metylem(CH3)

sloučeniny:

anorganické - kyseliny, hydroxidy, hydrid) organické - uhlovodíky, jejich deriváty, přírodní látky

hydridy: - vodík má oxidační číslo -I

binární sloučeniny vodíku

1. iontové (solné) hydridy: - sloučeniny vodíku s alkalickými kovy (s1 prvky) a kovy alkalických zemin (s2 prvky) - iontová vazba = vysoký bod tání, reagují s - mimořádně silná redukční činidla hydrid sodný NaH, h. vápenatý CaH2

vznik: 2Na + H2 → 2NaH

reagují s vodou za vzniku plynného vodíku a hydroxidu NaH + H2O == H2 +NaOH

2 kovalentní hydridy: - sloučeniny vodíku s prvky p1 - p5 - koncovka – AN - plynné, těkavé ládky (H2S)- sulfan - h. se slabě polární kovalentní vazbou s vodou nereagují, se silně polární vazbou reagují za vz. protonu (hydroxoniového kationtu) - fosfan PH3, diboran B2H6 - s vodou: HCl + H2O → H3O+ + Cl-

       -

florovodík HF - leptáni skla ( sklářský průmysl) - k výrobě anorganických flourových sloučenin - florid hlinitý, boritý, uraničitý - k výrobě polovodičů - moření ušlechtilých ocelí

výroba: reakce kazivce (florid vápenatý) s kyselinou sírovou (300 C) CaF2 +H2SO4----- 2HF CaSO4

bromovodík

- výroba kyseliny bromovodíkové (probubláváni HBr ve vodě) - bromovodík se využívá při získávání bromidů z hydroxidů či oxidů NaOH + HBr—NaBr + H2O

jodovodík - lab. metoda syntéza vodíku a jodu na platinových katalyzátorech (500 C) H2+I2---2HI - průmyslová metoda reakce hydrazinu ( N2H4) s jodem N2H4+2I2 ---4HI +N2

3.kovové hydridy: - sloučeniny vodíku s většinou přechodnými prvky - proměnlivé složení, kovový vzhled, vodivé popř. polovodivé - používají se při katalytické hydrogenaci vznik:

pohlcováním plynného vodíku do krystalové struktury kovu

hydrazin N2H4 laboratorní výroba: dehydrogenací amoniaku 2NH3-H2------ N2H4 použití: - v kotlích se přidává do vody napomáhá vytvoření protikorozní magnetické vrstvičky - při výrobě plastů

sulfan - výchozí látkou pro výrobu hydrogen sulfidů a sulfidu sodného příprava:

přímou syntézou vodíku a síry při 350 C s katalyzátorem oxidem hlinitým

4. hydridové komplexy: - obs. ionty H- vázané koordinační vazbou na ionty kovů - redukční činidla při organické syntéze

tetrahydridoboritan sodný Na[BH4], tetrahydridoboritan sodný Na[AlH4]

voda  nejběžnější a nejrozšířenější sloučenina vodíku,

peroxid vodíku:  ox. číslo (O2)-II peroxovazba vlastnosti: - bezbarvá kapalina - za normální – se pomalu rozkládá - nesmí být vystavena světlu - působením některých látek (e burel MnO2, Pt, krev) se rozkládá explozivně (H2O2 → H2O + O) - rozklad zpomalují, tzv. inhibitory ( H2SO4, močovina) - iniciátor při výrobě polyakrylonitrilu emulzního PVC

oxidační vlastnosti

PbS + 4H2O2 → PbSO4 + 4H2O

redukční vlastnosti Ag2O + H2O2 → 2Ag + H2O + O2

lab. příprava: BaO2 + H2SO4 → H2O2 + BaSO4

použití: bělící, dezinfekční prostředek, 3% roztok se užívá v lékařství, přepracování allylalkoholu na glycerol. výroba: elektrochemickou cestou oxidací kys. sírové

2H2SO4 ---------H2S2O8 +H2 H2S2O8 + H2O ---------- H2SO5 (peroxo mono sírová) + H2SO4 H2SO5+ H2O------------ H2SO4+ H2O2 či síranu amonného, (NH4) 2SO4+ H2SO4 ------ (NH4) 2 S2O8 + H2O2 (peroxodisíran anonný)

antrachinonovým postupem(95%) - základem je oxidace 2 alkyl antrahydrochinonu vzduchem na odpovídající antrahydochinon, jako R se hlavně používá 2 etyl - reakce probíhá v rozpouštědlech

pro chinonovou složku - aromáty (naftalen)

pro hydrochinonovou složku - polární sloučeniny (např. metylcykohexanolátacetát.)

1) anthrachinon se hydrogenuje na hydrochinon(500 kP 40 C palladinový katalizátor).
2) dochází k zpětné oxidaci vzduchem (80 C  500 kP) na zpět a vyrobě  H2O2

'Tučný text''''Tučný text'''''''