Upload
others
View
22
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
SVOJSTVA
najrasprostranjeniji element u univerzumu (88,6 at.%) na trećem mestu po rasprostranjenosti na Zemlji (15 at.%, iza O i Si) prvi, najlakši i najjednostavniji element (1 p+ i 1 e–)
Sličnosti sa: • elementima 1. grupe PSE (alkalnim metalima)
• elementima 17. grupe PSE (halogenim elementima)
Razlike u odnosu na:
• alkalne metale
• halogene elemente
Elektronska konfiguracija 1s1
• mali atomski i kovalentni radijus • velika energija jonizacije • mali afinitet prema elektronu
VODONIK
1 valentni elektron oksidacioni broj +I gradi H+-jon
nemetal gradi dvoatomski molekul oksidacioni broj –I
veća energija jonizacije nije metal
manji afinitet prema e–
retko gradi H–-jon
dvoatomski gas bez boje i mirisa
niska temperatura topljenja (–259 oC) i ključanja (–253 oC)
mala rastvorljivost
velika energija veze (EH-H = 436 kJ mol–1)
Zbog specifičnih svojstava ne svrstava se ni u 1. ni u 17. grupu Periodnog sistema, već se razmatra posebno.
SVOJSTVA
VODONIK
usled slabih međumolekulskih sila između malih nepolarnih molekula
slabo reaktivan
reaguje sa većinom elemenata, ali tek na povišenoj temperaturi (obično uz katalizator)
D2O (teška voda, deuterisano jedinjenje) je gušća 10% od H2O!
led D2O
led H2O
VODONIK
1H PROTIJUM
2H DEUTERIJUM
3H TRICIJUM
Relativne atomske mase H, D i T stoje u odnosu 1:2:3.
Zbog velike razlike u masi, velike su razlike u fizičkim svojstvima.
1 litar = 1 kg 1 litar = 1,1 kg
1 na 6500 atoma H 0,0156 at.%
Mr(D2) = 4,03 tb= 23,9 K
1 na 1018 atoma H 10-15%
Mr(T2) = 6,03 tb = 25,2 K
99,985%
Mr(H2) = 2,02 tb = 20,6 K
IZOTOPI
Sa povećanjem molarne mase raste energija veze!
1. Reakcija metala sa vodenim rastvorom kiseline ili baze
Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g)
Zn(s) + 2H2O + 2OH– [Zn(OH)4]2– + H2(g)
Reakcija metala (Zn, Mg, Fe) sa vodenim rastvorom kiseline (HCl, razblažena H2SO4):
Reakcija metala (Zn, Al, Sn) sa vodenim rastvorom baze:
Eө(Zn2+/Zn) = –0,76 V Zn Zn2+ + 2e–
2H+ + 2e– H2 Eө(H+/H2) = 0,00 V
Eө( [Zn(OH)4]2–/Zn ) = –1,22 V Zn + 4OH– [Zn(OH)4]2– + 2e–
2H2O + 2e– H2(g) + 2OH– Eө(H2O/H2,OH–) = –0,83 V
LABORATORIJSKO DOBIJANJE
VODONIK
kiselina
cink
H2O
2. Reakcija hidrida sa vodom
Eө(H2/H–) = –2,25 V
Eө(H2O/H2,OH–) = –0,83 V
NaH(s) + H2O(l) NaOH(aq) + H2(g)
Reakcija hidrida alkalnih i zemnoalkalnih metala sa vodom:
reakcija CaH2 sa vodom
LABORATORIJSKO DOBIJANJE
VODONIK
2. Reakcija hidrida sa vodom
hidrid-jon je veoma jako redukciono sredstvo!
sinproporcionisanje
H–I
H0 H+I
H +1e– I H 0
H –1e– –I H 0
oksidacija:
redukcija:
INDUSTRIJSKO DOBIJANJE
VODONIK
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) 900 oC NiO
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 400 oC
Fe2O3
U cilju povećanja prinosa dobijeni CO se dalje oksiduje:
CaO(aq) + CO2(g) CaCO3(s)
CO2 se uklanja iz gasovite faze reakcijom sa CaO:
H2 dobijen ovim postupkom je dovoljno čist za široku industrijsku upotrebu.
elektrolizi se podvrgava rastvor NaOH ili NaCl zbog veće električne provodljivosti
H2 dobijen ovim postupkom je veoma čist (99,9%).
1. Reakcija ugljovodonika i vodene pare
2. Elektroliza vode
K: 2H2O + 2e– 2OH– + H2(g)
A: 2OH– 2H2O + ½O2 + 2e–
U proizvodnji amonijaka (Haber-Bošov postupak) i hlorovodonične kiseline.
U proizvodnji metanola, jedne od osnovnih sirovina organske industrije:
U reakcijama hidrogenovanja (adicije H2 na dvostruku i trostruku C-C vezu), tj. prevođenja nezasićenih u zasićena organska jedinjenja
Kao gorivo: eksplozivna reakcija sa kiseonikom (vazduhom): 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ΔrH
ө = –484 kJ mol–1
tehnologija u razvoju
Kao redukciono sredstvo (opasnost „praskavi gas”).
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) t
Co
PRIMENA
VODONIK
hidrogenovanje biljnih ulja i dobijanje biljnih masti i sirovina za margarin
siguran transport i skladištenje H2
dobijanje metala iz njihovih oksida – Mo i W
Oksidacioni brojevi: –I i +I
Gradi hidride, binarna jedinjenja, sa većinom elemenata.
Nalazi se na sredini skale elektronegativnosti ( = 2,1): sa elementima 1. i 2. grupe PSE oksidacioni broj –I. sa elektronegativnijim elementima (13–17. grupa) oksidacioni broj +I.
Prema tipu hemijske veze, hidridi se mogu podeliti na: jonske kovalentne metalne (intersticijalne) prelazne (...nisu značajni)
JEDINJENJA
VODONIK
hidridi alkalnih i zemnoalkalnih metala (izuzev Be i Mg)
opšta formula: MH i MH2
oksidacioni broj: –I
sinteza reakcija rastopljenog metala i vodonika na povišenom pritisku
dokaz prisustva jonske veze i H–-jona rastop LiH provodi struju, na anodi se izdvaja H2
reaguju sa vodom uz izdvajanje H2, pa se koriste kao sredstva za sušenje i redukciona sredstva:
CaH2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(s) + 2H2(g)
Jonski hidridi
JEDINJENJA
VODONIK
2Na(l) + H2(g) 2NaH(s)
H+
1p+
H 1p+ + 1e–
H– 1p+ + 2e–
Kovalentni hidridi
hidridi elemenata 13–17. grupe PSE
oksidacioni broj: +I
imaju kisela (H2S, HX...) i bazna (NH3, PH3...) svojstva
jačina kiselina raste sa porastom rednog broja elementa graditelja kiseline
Metalni (intersticijalni) hidridi
hidridi većine d-elemenata, lantanoida i aktinoida
vodonik, obično kao atom, se smešta u međuprostore (intersticije) između atoma kristalne rešetke metala
odnos M i H nije stehiometrijski (bertolidi) i menja se u širokom granicama: PdH0.6–0.8
Pd može da apsorbuje 1000 puta veću zapreminu H2 od sopstvene
primena: skladištenje H2, jer ga pri zagrevanju lako otpuštaju metalni hidrid
JEDINJENJA
VODONIK
raste u periodi raste u grupi
Elektrostatička privlačna interakcija između atoma H u jednom molekulu i atoma F, O ili N u susednom molekulu!
Vodonična veza
jedinjenje u strukturi mora da ima atom H vezan za F, O ili N koji imaju bar jedan slobodan elektronski par
:X – H :X – H - - - - - - - - - - X je F, O ili N δ– δ+
molekul vode: svaki kiseonik ima dva slobodna elektronska para i može da
gradi dve vodonične veze
VODONIČNA VEZA
VODONIK
jaka međumolekulska interakcija 10–60 kJ mol–1
veliki uticaj na fizička svojstva
VODONIČNA VEZA
VODONIK
visoke temperature ključanja (tb) i topljenja (tm)
tem
pe
ratu
ra k
lju
čan
ja (C
)
perioda
grupa 17 grupa 16 grupa 15
trend porasta tb sa povećanjem molarne mase se menja zbog prisustva H-veza H2O, HF i NH3 imaju neočekivano visoke tb
važna za stvaranje dvostrukih lanaca DNK, reaktivnost i
selektivnost enzima
VODONIČNA VEZA
VODONIK
kad ne bi bilo vodoničnih veza, led bi se topio na -100 C, a temp. ključanja bi iznosila -90C!
specifična svojstva vode (univerzalni rastvarač) posledica postojanja vodoničnih veza
LED TEČNA VODA
vodonične veze
postojanje vodoničnih veza – veliki uticaj na živi svet
He drugi element po rasprostranjenosti u univerzumu (11 at.%) Ar najrasprostranjeniji od svih plemenitih gasova u vazduhu (0,98 vol.%)
PLEMENITI GASOVI
oko 1% azota dobijenog iz vazduha ne reaguje sa Ca
„gasu” je dodeljeno ime Argon (beskoristan)
prevođenjem u tečno stanje dobijena smeša pet gasova
Helijum (sunce) Neon (novi)
Argon (beskoristan) Kripton (sakriven)
Ksenon (stranac)
Elektronska konfiguracija He: 1s2 Ne, Ar, Kr, Xe: ns2np6
jednoatomski gasovi niske temperature topljenja i ključanja zbog slabih međumolekulskih
Londonovih sila nereaktivni
DOBIJANJE I PRIMENA
dobijaju se frakcionom destilacijom vazduha koriste se za održavanje inertne atmosfere, punjenje sijalica,
proizvodnju svetlećih reklama i lasera, punjenje balona... smeša He/O2 se umesto vazduha koristi za punjenje ronilačkih
boca
SVOJSTVA
PLEMENITI GASOVI
supstance koje sadrže molekule ili atome zarobljene u kristalnoj rešetki (npr. led)
atomi plemenitog gasa se nalaze u šupljinama rešetke leda (Van der Valsove veze)
nastaju pri mržnjenju rastvora dobijenog rastvaranjem plemenitog gasa pod pritiskom u vodi
stvaranje klatrata nije ograničeno na plemenite gasove (npr. CH4)
Klatrati
PLEMENITI GASOVI
JEDINJENJA