Vodík

1. Vodík Hydrogenium - H Martina Pallerová

2. Protónové číslo: 1 • Konfigurácia: 1s1  • Fyzikálne vlastnosti: - teplota topenia: -259,2 - teplota varu: -258,2 

3. Charakteristika:  • Plynný, bezfarebný vo vode nerozpustný biogénny prvok. Ako neznámy plyn ho objavil už roku 1671 R. Boyle pri rozpúšťaní železa v kyseline chlórovodíkovej. Jeho podstatu však zistil až H. Cavendish roku 1766, a neskôr ho pripravil A.L. Lavoisier rozkladom vody žeravým železom. Pomenoval ho zložením gréckych slov "hydór" (voda) a "gennaó" (tvorím) ako hydrogenium, čo znamená z vody stvorený.  Vodík je najľahší plyn, 14-krát ľahhší ako vzduch, s ktorým vytvára traskavý plyn. Zapálený zhorí na vodu veľmi horúcim plameňom, ktorého teplota dosahuje až 1900°C. Vodík má zo všetkých plynov najmenšiu tepelnú vodivosť, najmenšie vnútorné trenie, a teda aj najväčšiu difúznu schopnosť. 

4. Výskyt : • V prírode sa vyskytuje v plynoch sopiek a fumarol (až 25%). Predpokladá sa, že sa uvoľňuje aj vo vnútri Zeme pôsobením vody na žeravé kovy a pri vulkanických výbuchoch sa dostáva do atmosféry. Vzniká tiež celulózovým kvasením. Predpokladá sa, že je hlavnou zložkou vyšších častí atmosféry (vyše 50km). Spoločne s héliom je hlavnou zložkou planetárnych hmlovín najmladších hviezd.  Najväčšie množstvo vodíka sa viaže na vodu riek, jazier a morí, na organickú látku rastlinnej a živočíšnej ríše, v ktorých je ako dôležitý biogénny prvok nevyhnutnou súčasťou. 

5. Použitie: • Spolu s uhlíkom je základným stavebným prvkom všetkých organických látok. Spaľovanie vodíka nachádzajúceho sa v uhľohydrátoch je najdôležitejším zdrojom energie živej bunky. Pri "dýchaní bunky" je energia uvoľnená pre jeden mol vzniknutej vody 268 kJ. Toto životodarné teplo udržuje teplotu živých bytostí na stabilnom stupni potrebnom  pre život a vývoj organizmu.  Veľké množstvá vodíka sa uvoľňujú aj v priemysle pri koksovaní uhlia. V svietiplyne a v koksovom plyne sa nachádza priemerne 50 objemových percent vodíka. Z týchto plynov sa oddeľujú ostatné plyny vymrznutím a zvyšný vodík sa potom využíva na hydrogenizáciu, napr. pri výrobe umelého benzínu "skvapalňovaním uhlia".  Vodík sa v priemysle používa na výrobu syntetického amoniaku, na redukciu a hydrogenizáciu pri stužovaní tukov. V budúcnosti sa ráta s motormi na kvapalný vodík, ktoré by mali väčší výkon ako naftové a benzínové motory. 

6. Izotopy vodíka: • Poznáme tri izotopy : prócium (99,98%), deutérium alebo D (0,02%) a trícium alebo T (super ťažký vodík), ktorý je rádioaktívny.  Deutérium  D je dvakrát ťažší než obyčajný vodík prócium. Na 5000 atómov prócia pripadá jeden  atóm deutéria. Voda v ktorej je namiesto prócia  deutérium sa nazýva ťažká voda    D2 O. Fyzikálne vlastnosti má odlišné od normálnej vody. Mrzne pri 3,8°C a vrie pri 101,4°C, hustotu má 1,056. V obyčajnej vode sa nachádza v množstve 0,02%. Pri odparovaní ľadovcov sa hromadí v posledných zvyškoch vody a môže sa koncentrovať až na rozprávkové "studničky mŕtvej vody". V živočíšnych bunkách, ktoré ju vylučujú v menších množstvách než obyčajnú vodu, brzdí biologické procesy.  Ťažká voda sa vyrába elektrolýzou vody, pri ktorej sa hromadí vo zvyšku po elektrolýze .  Trícium T , superťažký vodík, je trikrát ťažší než prócium. Je to rádioaktívny nuklid s polčasom 12,5 roka, ktorý je vlastne žiarič beta.V obyčajnej vode sa vyskytuje len v stopách. Používa sa na značkovanie organických látok pri výskumoch, na značkovanie vôd, pri zisťovaní ich prietoku horninami v baniach. Vzniká aj účinkom kozmického žiarenia na vodík, ktorý sa nachádzavo vyšších sférach ovzdušia a tak sa dostáva do dažďovej vody, snehu a do srieňa. Rádiohydrogeológovia toto prírodné značkovanie používajú na stanovenie veku vody v studniach a morských hlbinách.

7. Reakcie: • Reakciou jadier deutéria a trícia vzniká hélium, pričom sa uvoľňuje obrovské množstvo energie.Aby začali spolu vôbec reagovať treba ich zahriať na 10 miliónov stupňov Celzia výbuchom jadrovej bomby.  Tieto termonukleárne reakcie prebiehajú na slnku a na hviezdach. Základom týchto reakcií je vodík. V zložitom reťazci sa štyri atómy vodíka (protóny) spoja v jadro hélia a uvoľní sa obrovské množstvo energie. Ide o protón-protónové reakcie. Voda ako rozpúšťadlo Naplnte jeden pohár až po okraj vodou, do druhého nasypte peáškový alebo kryštálový cukor asi do polovice. Vodu prelejte do poháraa s cukrom. Zmestí sa doň všetka. Ako je to možné? Medzi molekulami vody je voľný priestor, v ktorom sa pri rozpúšťaní umiestnili molekuly cukru.

8. Hélium Helium – He

9. Protónové číslo: 2 Konfigurácia: 1s2  Fyzikálne vlastnosti: - teplota topenia: -271,4 - teplota varu: -268,93

10. Charakteristika:  • Plynný, nehorľavý, bezfarebný vo vode nerozpustný, ľahký, nereaktívny prvok. Roku 1868 hélium spektroskopicky v protuberanciách ako žlté čiary v spektre Slnka pri jeho zatmení objavil Francúz J. Janssen a Angličan N. Lockyer ako dovtedy neznámy prvok. Keďže bolo objavené skôr na Slnku ako na Zemi, dostalo pomenovanie odvodené z gréckeho slova "helios", čo znamená Slnko. 

11. Výskyt : • V zemskej kôre sas hélium uvoľňuje pri rádioaktívnych rozpadoch uránu, tória, rádia, polónia a samária a ako plyn uniká do ovzdušia, kde vytvára vo výške vyše 100 km héliové pásmo.  Americkí mineralógovia r. 1888 zistili, že pri rozpúšťaní nerastu cleveitu v kyselinách uniká plyn vytvárajúci v spektre silnú žltú čiaru dlhú 586,6 nm, ktorá už predtým bola pozorovaná na Slnku, a tak objavili hélium na Zemi. Objav  hélia v nerastoch i vo vzduchu potom potvrdili ešte ďaľší bádatelia.  Bohatým zdrojom hélia sú aj niektoré minerálne pramene, naftové, čiernouhľové a zemné plyny. Vo Francúzsku pri Satoney je v minerálnych prameňoch žulových masívov až 10%, v Colorade v prírodných plynoch pri Kansase 7% hélia. Neuheimský prameň v Nemecku produkoval ročne 70m3 hélia. 

12. Použitie: • Hélium často zostáva uzavreté v nerastoch a z jeho množstva možno vypočítať vek nerastu. Každý gram uránu uvoľní za rok jednu desaťmilióntinu mililitra hélia, takže 1 ml sa nahromadí za              10 miliónov rokov . Ak sa teda pretavením uvoľní z 1g horniny 50 ml hélia, značí to, že jej vek je 500 miliónov rokov.  Na podklade "héliových geologických hodín" geochronológie odhadla vek Vesmíru na 5 a 6 miliárd rokov.  Zmesou hélia a vodíka sa plnia vzducholode. Počas vojny bolo hélium vyhlásené za vojnový materiál. Je neoceniteľným pomocníkom človeka pri stratosferických a podmorských výskumoch. Plnia ním teplomery na nízke teploty. Hélium sprevádza potápačov v kesónoch a skafandroch na dno morských hlbín, primiešava sa ku kyslíku, aby sa znížil jeho neznesiteľný tlak v krvi. Umele pripravené héliové ovzdušie s 80% hélia a 20% kyslíka sa používa v lekárstve na uľahčovanie dýchania pri astmatických záchvatoch a pri odstraňovaní embólie. 

13. Zaujímavosti • Roku 1970 sa podarilo sovietskym fyzikom na najväčšom urýchľovači sveta v Serpuchove pripraviť prvých 5 jadier antihélia. Skladajú sa z dvoch antiprotónov  a z jedného antineutrénu.   Hélium bolo veľmi drahé. 1 liter hélia stál r. 1916 asi 200 rubľov.