Vodík

Objevitel

Výskyt

Vodík je nejrozšířenější prvek v celém vesmíru a třetí nejrozšířenější prvek na Zemi. Vyskytuje se volně i vázaný ve sloučeninách. Volný vodík se nalézá se např. v plynném obalu hvězd. Na Zemi se volný vodík za běžných podmínek nevyskytuje, a proto je zde vázán jenom ve sloučeninách. Největší množství vodíku je vázáno ve vodě, která pokrývá většinu zemského povrchu, ale je vázán i v různých organických i anorganických sloučeninách. Je to také významný biogenní prvek.
V přírodě se vyskytuje jako směs tří izotopů:

• protium (lehký vodík) - ¹₁H
• deuterium (těžký vodík) - ²₁H nebo také ²₁D - obsahuje v jádře jeden neutron
• tritium - ³₁H označovaný také jako ³₁T - v jádře má dva neutrony

Vlastnosti

Je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je lehčí než vzduch. Molekulový vodík je poměrně stabilní a díky vysoké hodnotě vazebné energie také málo reaktivní. S většinou prvků se proto slučuje až za zvýšené teploty nebo za přítomnosti katalyzátorů:

H₂ + Cl₂ → 2HCl
N₂ + 3H₂ → 2NH₃
H₂ + S → H₂S
2H₂ + O₂ → 2H₂O + uvolnění energie

Reakce vodíku bývají provázeny uvolňováním tepla (exotermní reakce) a někdy také světelným efektem - hořením. Významné jsou redukční vlastnosti vodíku, které se využívají k výrobě některých kovů z jejich oxidů:

CuO + H₂ → Cu + H₂O
WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O

Naproti tomu atomový vodík (tzv. vodík ve stavu zrodu) je velmi reaktivní a reaguje s celou řadou látek již za nízkých teplot. Je to také jako molekulový vodík silné redukční činidlo, ale existuje velmi krátkou dobu a slučuje se na vodík molekulový.

Jinak je to typický nekov, který tvoří vodíkové můstky s dusíkem, kyslíkem a fluorem.

Laboratorní příprava

V laboratoři se může vodík připravovat reakcí neušlechtilých kovů s kyselinami nebo hydroxidy v tzv. Kippově přístroji:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Dále můžeme vodík získat elektrolýzou vody, která obsahuje malé množství H₂SO₄ nebo NaOH pro zvýšení vodivosti. Elektrolýza se provádí v Hoffmanově přístroji, kde se vodík vylučuje na katodě:

2H₃O⁺ + 2e^- → 2H₂O + H₂

Další výrobní metodou je reakce s¹ a s² prvků s vodou:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Posledním významnějším postupem je reakce vodní páry se železem:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

Průmyslová výroba

Průmyslově se může vodík stejně jako v laboratoři vyrábět několika různými metodami. První metodou je termický rozklad methanu za velmi vysoké teploty (1200°C):

CH₄ → C + 2H₂

Reakcí vodního plynu s vodní párou za přítomnosti katalyzátorů a při teplotě 300°C můžeme získat velmi čistý vodík, který se používá např. ke ztužování tuků:

CO + H₂ + H₂O(g) → CO₂ + 2H₂

Dalším výrobním postupem je reakce vodní páry s rozžhaveným koksem za teploty 1000°C:

C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g)

Vodík vzniká také jako vedlejší produkt při výrobě hydroxidu sodného (NaOH) - elektrolýza vodného roztoku NaCl:

2NaHg_n + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + 2_nHg

Použití

Vodík má řadu významných použití mezi něž patří například výroba různých chemických sloučenin (amoniak - NH₃, kyselina dusičná - HNO₃, methylalkohol - CH₃OH, různá dusíkatá hnojiva, atd.), výroba některých kovů (redukcí z jejich oxidů) nebo ztužování tuků. Dříve se používal také ke svařování a řezání kovů (kyslíkovodíkový plamen). Kapalný vodík se používá jako raketové palivo, ale může být zdrojem energie i pro jiná zařízení. Vodík se přepravuje a uchovává v ocelových lahvích označených červeným pruhem.

Sloučeniny

H₂O - voda
nejběžnější a nejrozšířenější chemická sloučenina
hydridy - binární (dvouprvkové) sloučeniny vodíku
podrobnější informace o konkrétních hydridech naleznete na jednotlivých stránkách o chemických prvcích