Autor prezentácie: MATEJ ŽABKA 8.A, 2004/2005

1. Vodík Autor prezentácie: MATEJ ŽABKA 8.A, 2004/2005

2. Referát • Vodík bol objavený z vody, anglickým fyzikom Henrichom Cawendischom v roku 1766. Voda je najrozšírenejšia a najdôležitejšia zlúčenina vodíka. Latinský názov hydrogenium pochádza z gréckych slov hydór = voda a gennaó = tvorím. Jeho atóm má zo všetkých atómov prvkov najjednoduchšiu štruktúru. V jadre obsahuje len jeden protón a jeho elektrónový obal vytvára jediný elektrón. Je prvým prvkom periodickej sústavy umiestnený v hlavnej skupine a v prvej perióde, aj keď sa viacerými vlastnosťami odlišuje od prvkov prvej hlavnej skupiny. Podľa počtu neutrónov v jadre rozoznávame tri izotopy vodíka: 1. prótium /ľahký vodík/, 2. deutérium /ťažký vodík/ 3. trícium /má v jadre dva neutróny a je zriedkavé a rádioaktívne/. Snahou každej častice, teda aj atómu vodíka, je prejsť do stabilnejšieho stavu, t.j. do stavu s minimálnou energiou. Elektrónová konfigurácia vodíka je 1s1 čiže je nestabilnejšia ako 1s2, a preto sa vodík pri chemických reakciách snaží získať elektrónovú konfiguráciu 1s2. Stabilita molekuly vodíku zpôsobuje jeho pomerne malú reaktívnosť. Elektrónová konfigurácia atómu vodíka je nestabilná, a preto vytvára vodík celú radu zlúčenín. Vodík vytvára viac zlúčenín ako ktorýkoľvek iný prvok Mendelejovej tabuľky periodických prvkov. Sú známe zlúčeniny zo všetkými prvkami, s výnimkou vzácnych plynov. Medzi zlúčeniny vodíka patrí veľké množstvo organických aj anorganických zlúčenín. Organické zlúčeniny sú uhľovodíky a ich deriváty. Anorganické zlúčeniny sú hydridy, kyseliny, hydroxidy a soli. V prírode sa vyskytuje voľne iba v malom množstve v dvojatómových zlúčeninách. Hydridy sú podvojne zlúčeniny vodíka. Ich vlastnosti závisia od ich vnútornej štruktúre. Hydridy sú binárne zlúčeniny vodíka. Rozlišujú sa hydridy iónové, kovalentné, kovové a hydridové komplexy. Iónové hydridy (soľné) sú zlúčeniny vodíka s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín (napríklad hydrid sodný NaH). Sú to tuhé látky s vysokou teplotou topenia. Pri elektrolýze ich tavenín sa vodík vylučuje na anóde. Pri reakcii s vodou vzniká vodík. Používajú sa ako veľmi silné redukčné činidlá. Kovaletné hydridy (molekulové) sú zlúčeniny vodíka s nekovovými alebo polokovovými prvkami, v ktorých je vodík viazaný s kovalentnou väzbou. Kovové hydridy dáva vodík s mnohými prechodovými kovmi. Tieto látky vznikajú pohlcovaním plynného vodíka do kryštálovej štruktúry kovu.

3. Referát • Zachovávajú si kovový vzhľad, sú elektricky vodivé alebo polovodivé. Hydridové koplexy obsahujú ióny viazané koordinačnou väzbou na ióny kovov. Sú pomerne stále. Používajú sa v organickej syntéze ako redukčné činidlá a ako katalyzátory. Fyzikálne vlastnosti vodíka. Je to bezfarebný plyn bez chuti a zápachu, nedýchteľný. Je najľahší z plynov, 14-krát ľahší ako vzduch. Čistý vodík reaguje so vzduchom (kyslíkom), vybuchuje. Vo vode je vodík málo rozpustný. Je vysoko horľavý s polu s kyslíkom tvorí výbušnú zmes. Horí jasnomodrým plameňom o vysokej teplote až 3.100 C. Patrí medzi najbežnejšie prvky vo vesmíre vo vzduchu. Najčastejší výskyt vodíka je v atmosfére hviezd, v sopečných a v zemných plynov. · Relatívna atómova hmotnosť 1,0079 · Tepolota varu 252,8 C · Teplota topenia 259,2 C · Elektronegativita 62,1 Chemické vlastnosti vodíka. Vodík prejavuje vlastnosti silno elektropozitívneho prvku, zlučuje sa z oveľa viac s nekovovými ako kovovými prvkami. Pri reakcii stráca svoj elektrón - vzniká H + katión. S kovovými prvkami vytváta hydridy, v ktrorých figuruje ako H - anión. V priebehu chemickej reakcie sa molekuly vodíka štiepia na atómy, ktoré sú oveľa reaktívnejšie. V bežných podmienkach je vodík zložený z molekúl H2 vyskytujúci sa vo vysokých vrstvách atmosféry. Väzba v dvojatómových molekulách vodíka H-H je veľmi stabilná. Jej nepolárne rozštiepenie je silne endotermický dej. Redukčné vlastnosti vodíka sa prejavujú napríklad v jeho schopnosti odtrhnúť oxidom viazaný kyslík. H + H ŕ H + OH Rozštiepením väzby v molekule vodíku vznikne atómový vodík, ktrorý je veľmi reaktívny, má napríklad silne redukčné vlastnosti a zlučuje sa s celou radou látok ako napr. cín, antimóm už od nízkych teplôt. Výroba a preprava vodíka. Výroba vodíka je momentálne veľmi zložitá a veľmi drahá. Na jeho výrobu dnes spotrebujeme viac energie ako nám potom on sám dodá. Vodík sa priemyselne vyrába najmä katalyckou reakciou vodnej pary so zemným plynom pri teplotách okolo 1000 C. Odborníci zdokonaľujú metódy výroby vodíka a hľadajú ďaľšie, jednoduchšie a lacnejšie technológie výroby. Dnes získavame vodík aj spaľovaním uhlia za vysokých teplôt a za pomoci vodných pár, alebo rozkladom vody za pomoci elektriny. Výskumníci sa usilujú splynovávať uhlie vo veľkých tlakových komorách. Iní zasa zdokonaľujú elektrolýzu vody, vodného roztoku kyseliny sírovej alebo hydroxidu sodného. Na obzore je už priemyselná výroba vodíka z morskej vody. Zabezpečia ju plávajúce závody, kde elektrinu poskytnú slnečné batérie v spolupráci s parnými turbínami. Výborne ho možno skladovať a prepravovať.

4. Referát • Prepravuje sa v oceľových fľašiach pod vysokým tlakom, ktoré sú z hľadiska bezpečnosti označené červeným pruhom. Veľmi dobre sa prapravuje aj potrubím, nakoľko sa ženie podstatne rýchlejšie ako napríklad zemný plyn a na väčšie vzdialenosti sú náklady podstatne nižšie ako pri prenose elektrickej energie. Použitie. V chemickom priemysle sa vodík používa na výrobu dôležitých chemických látok ako napríklad HCL (kyselina chlórovodíková), NH3 (amoniak), alebo pri stužovaní a úprave rastlinných olejov a tukov. Používa sa pri výrobe čpavku. Používa sa pri výrobe syntetického benzínu z uhlia Molekuly vodíka H2 sú veľmi malé, preto môžu prechádzať aj veľmi jemnými, okom neviditeľnými pórmi v telesách. Vodík má spomedzi všetkých prvkov najmenšiu hustotu a práve preto sa v minulosti využíval na plnenie balónov a vzducholodí. Jeho použitie je aj v strojárskom priemysle, kde jeho plameňom režeme a zvárame ocelové platne a kovy. Výskumníci už prišli napríklad na to, ako vodík skladovať v aute. Vyvinuli ľahšie nádrže, v ktorých sú piliny železa a titanu. Tie pri tankovaní nasávajú vodík ako špongia, zároveň sa tým odstraňuje nebezpečenstvo výbuchu. Autá na vodíkový pohon, už skutočne skúšobne premávajú. Používa sa aj ako vysoko výbušné raketové palivo. Z ekologického hľadiska vodík pri spaľovaní vytvára vodu, nezamoruje teda vzduch. Na našej planéte sú priam nevyčerpateľné zdroje vodíka. Viaže sa s kyslíkom a vytvára vodu. A po jeho zhorení vzniká znovu voda. Vodík má všetky predpoklady nahradiť benzín, naftu, uhlie a z veľkej časti aj elektrickú energiu. Je to každopádne výzia budúcnosti získavania náhradného zdroja energie potrebné pre ľudstvo. Vodík sľubuje otvoriť novú éru v dejinách ľudstva. Zbavil by nás starostí o energiu a pritom neznečisťoval planétu. V raketách už dnes slúži vodík na pohon, v dohľadnej budúcnosti poslúži aj veľkým oceánskym lodiam, lietadlám a vlakom a napokon naplní nádrže áut. S vodíkom sa počíta ako s palivom pre priemyselné pece, na varenie v domácnosti, na kúrenie a osvetľovania, raz naň napojíme chladničky a klimatizáciu. Využijeme ho do konca na výrobu elektrického prúdu vo vodíkových článkoch. Od základu zmení hutníctvo. Mocný vodík sa stane všemocným...., no ľahko sa môže stať že jeho potencionálnu energiu, ľudstvo zneužije voči sebe na výskum a výrobu vojenských zbraní, čo niektoré štáty sveta svojím výskumom už naplnili.

5. Referát č. 2 • Vodík bol objavený v roku 1766. Latinský názov hydrogenium pochádza z gréckych slov hydór = voda a gennaó = tvorím. V prírode je rozšírený v zlúčeninách s inými prvkami, najmä ako voda. Vo vysokých vrstvách atmosféry sa vyskytuje molekulový vodík H2. Atóm vodíka má jeden protón. Jeho protónové číslo je teda 1, z toho vyplýva, že je prvým prvkom periodickej sústavy. Atóm vodíka má vo vonkajšej prvej vrstve len jeden elektrón, preto je vodík umiestnený v prvej hlavnej skupine a v prvej perióde periodickej sústavy, aj keď sa viacerými vlastnosťami odlišuje od prvkov prvej hlavnej skupiny. V bežných podmienkach je vodík zložený z molekúl H2. Vodík H2 je bezfarebná plynná látka. Molekuly vodíka H2 sú veľmi malé, preto môžu prechádzať aj veľmi jemnými, okom neviditeľnými pórmi v telesách. Vodík má spomedzi všetkých chemických prvkov najmenšiu hustotu a práve preto sa využíval na plnenie balónov a vzducholodí. Na plnenie vzducholodí sa prestal používať po havárii nemeckej vzducholodi Zeppelin, keď sa len potvrdilo, že vodík je veľmi výbušný -prudko reaguje s kyslíkom-. Na jeho vznietenie postačí sebemenšie iskra. Vodík sa v súčastnosti používa spolu s kyslíkom pri rezaní kovov, pričom kyslíkovo-vodíkový plameň má teplotu až okolo 3000°C. Používa sa aj ako palivo do nosných rakiet raketoplánov. V chemickom priemysle sa tento prvok používa na výrobu dôležitých chemických látok ako napríklad HCl , NH3 (amoniaku) alebo pri stužovaní rastlinných olejov. Jeden liter vodíka H2 v normálnych podmienkach (teplota 0°C, tlak 101,3 kPa) má hmotnosť 0,09 g, takže jeho hustota je 0,09 kg.m-3. Vodík má približne 14,5 krát menšiu hustotu ako kyslík. Vodík sa prepravuje v tlakových oceľových fľašiach, ktoré sú označené červeným pruhom.

6. Schéma výroby vodíka zo zemného plynu • Tak tu máme schému výroby vodíka od Hondy. Honda vyrába vodík zo zemného plynu pre použitie vo vozidlach s palivovými e-článkami a súčasne pre zásobovanie domácností elektrinou a teplou vodou