lovesouthernsocial.com

Vodonik je najlakši hemijski element u univerzumu i sposoban je da se veže sa drugim atomima vodonika, formirajući gas koji ima nekoliko upotreba

Slika Florencia Viadana na Unsplash-u

Vodonik je hemijski element sa najmanjom atomskom masom (1 u) i najmanjim atomskim brojem (Z=1) među svim do sada poznatim elementima. Iako je pozicioniran u prvom periodu IA porodice (alkalni metali) periodnog sistema, vodonik nema fizičke i hemijske karakteristike slične elementima ove porodice i stoga nije njen deo. Sve u svemu, vodonik je najzastupljeniji element u celom univerzumu i četvrti element po zastupljenosti na planeti Zemlji.

Vodonik ima jedinstvene karakteristike, odnosno ne liči ni na jedan drugi hemijski element poznat ljudima. Vodonik najčešće učestvuje u sastavu više vrsta organskih i neorganskih supstanci, kao što su metan i voda.Kada nije deo hemijskih supstanci nalazi se isključivo u gasovitom obliku, čija je formula H2.

U svom prirodnom stanju i pod normalnim uslovima, vodonik je gas bez boje, mirisa i ukusa. To je molekul sa velikim kapacitetom za skladištenje energije i iz tog razloga je njegova upotreba kao obnovljivog izvora električne i toplotne energije široko istražena.

Otkriće vodonika

Sredinom 16. veka, Pareselsvs je odlučio da reaguje neke metale sa kiselinama i na kraju je dobio vodonik. Iako je prethodno testiran, Henri Kevendiš je uspeo da odvoji vodonik od zapaljivih gasova i smatra ga hemijskim elementom 1766. godine.

To što nije metal, a još manje nemetal sačinjava svoju osobenost u periodnom sistemu. Godine 1773. Antoan Lavoazije je toj hemikaliji dao ime vodonik, koje potiče od grčkog hidro и gene, a znači generator vode.

vodonik u prirodi

• Vodonik je deo hemijskog sastava nekoliko organskih supstanci (proteini, ugljeni hidrati, vitamini i lipidi) i neorganskih (kiseline, baze, soli i hidridi);
• U atmosferskom vazduhu je prisutan u gasovitom obliku, predstavljen molekularnom formom H2, koja se formira kroz kovalentnu vezu između dva atoma vodonika;
• Vodonik takođe čini molekule vode, važan resurs za život.

izvori vodonika

Na Zemlji se vodonik ne nalazi u svom najčistijem obliku, već u kombinovanom obliku (ugljovodonici i derivati). Iz tog razloga, vodonik se mora ekstrahovati iz različitih izvora. Glavni izvori vodonika su:

1. Природни гас;
2. Ethanol;
3. Methanol;
4. Voda;
5. Biomasa;
6. metan;
7. Alge i bakterije;
8. Benzin i dizel.

Karakteristike atomskog vodonika

• Ima tri izotopa (atomi sa istim atomskim brojem i različitim masenim brojem), i to protijum (1H1), deuterijum (1H2) i tricijum (1H3);
• Ima samo jedan elektronski nivo;
• Ima jedan proton u svom jezgru;
• Ima samo jedan elektron na svom elektronskom nivou;
• Broj neutrona zavisi od izotopa – protijuma (0 neutrona), deuterijuma (1 neutron) i tricijuma (2 neutrona);
• Ima jedan od najmanjih atomskih poluprečnika u Periodnom sistemu;
• Ima veću elektronegativnost od bilo kog metalnog elementa;
• Ima veći potencijal jonizacije od bilo kog metalnog elementa;
• To je atom sposoban da se transformiše u katjon (H+) ili anjon (H-).

Stabilnost atoma vodonika postiže se kada primi elektron u valentnoj ljusci (najudaljeniji omotač atoma). U jonskim vezama, vodonik je u interakciji isključivo sa metalom, dobijajući od njega elektron. U kovalentnim vezama, vodonik deli svoj elektron sa ametalom ili sam sa sobom, formirajući jednostruke veze.

Karakteristike molekularnog vodonika (H2)

• Na sobnoj temperaturi se uvek nalazi u gasovitom stanju;
• To je zapaljiv gas;
• Njegova tačka topljenja je -259,2°C;
• Njegova tačka ključanja je -252,9°C;
• Ima molarnu masu od 2 g/mol, što je najlakši gas;
• Ima sigma kovalentnu vezu, tipa s-s, između dva uključena atoma vodonika;
• Između atoma, postoji deljenje dva elektrona;
• Ima molekularnu geometriju linearnog tipa;
• Njegovi molekuli su nepolarni;
• Njegovi molekuli interaguju putem indukovanih dipolnih sila.

Molekularni vodonik ima veliki hemijski afinitet sa nekoliko jedinjenja. Ovo svojstvo se odnosi na sposobnost supstance da reaguje sa drugom, jer čak i ako se dve ili više supstanci dovedu u kontakt, ali između njih nema afiniteta, reakcija se neće desiti. Na taj način učestvuje u reakcijama kao što su hidrogenacija, sagorevanje i jednostavna razmena.

Načini dobijanja molekularnog vodonika (H2)

fizički metod

Molekularni vodonik se može dobiti iz atmosferskog vazduha, jer je jedan od gasova prisutnih u ovoj smeši. Za ovo je potrebno atmosferski vazduh podvrgnuti metodi frakcionog utečnjavanja, a zatim frakcionoj destilaciji.

hemijska metoda

Molekularni vodonik se može dobiti kroz specifične hemijske reakcije, kao što su:

• Jednostavna razmena: reakcija u kojoj neplemeniti metal (Me) istiskuje vodonik prisutan u neorganskoj kiselini (HX), formirajući bilo koju so (MeX) i molekularni vodonik (H2):
• Me + HX → MeX + H2
• Hidracija koksnog uglja (nusproizvod uglja): u ovoj reakciji ugljenik (C) uglja interaguje sa kiseonikom u vodi (H2O), formirajući ugljen monoksid i gas vodonik:
• C + H2O → CO + H2
• Elektroliza vode: kada se voda podvrgne procesu elektrolize, dolazi do stvaranja gasova kiseonika i vodonika:
• H2O(1) → H2(g) + O2(g)

Vodonik komunalne usluge

• Gorivo za rakete ili automobile;
• Lučne baklje (koriste električnu energiju) za sečenje metala;
• Welds;
• Organske sinteze, tačnije u reakcijama hidrogenizacije ugljovodonika;
• Organske reakcije koje pretvaraju masti u biljna ulja;
• Proizvodnja halogenovodonika ili hidrogenizovanih kiselina;
• Proizvodnja metalnih hidrida kao što je natrijum hidrid (NaH).

Vodikova bomba

Hidrogenska bomba, H-bomba ili termonuklearna bomba je atomska bomba koja ima najveći potencijal za uništenje. Njeno delovanje proizilazi iz procesa nuklearne fuzije, zbog čega se može nazvati i fuzionom bombom.

Eksplozija vodonične bombe je rezultat procesa fuzije, koji se odvija na veoma visokim temperaturama, otprilike 10 miliona stepeni Celzijusa. Proces proizvodnje ove bombe počinje spajanjem izotopa vodonika, nazvanih protijum, deuterijum i tricijum. Spoj izotopa vodonika čini da jezgro atoma generiše još više energije, jer se formiraju jezgra helijuma čija je atomska masa 4 puta veća od mase vodonika.

Tako jezgro koje je bilo lagano postaje teško. Dakle, proces nuklearne fuzije je hiljadama puta nasilniji od procesa fisije. Snaga vodonične bombe može da dostigne 10 miliona tona dinamita, oslobađajući radioaktivni materijal i elektromagnetno zračenje na nivou koji je daleko veći od nivoa atomskih bombi.

Prvi test hidrogenske bombe, 1952. godine, oslobodio je količinu energije koja je ekvivalentna oko 10 miliona tona TNT-a. Važno je napomenuti da je ova vrsta reakcije izvor energije zvezda poput Sunca.Sastoji se od 73% vodonika, 26% helijuma i 1% drugih elemenata. Ovo se objašnjava činjenicom da se u njegovom jezgru odvijaju reakcije fuzije u kojima se atomi vodonika spajaju i formiraju atome helijuma.

Zabavne činjenice o vodoniku

• Molekularni vodonik je lakši od vazduha i koristio ga je u krutim vazdušnim brodovima nemački grof Ferdinand fon Cepelin, otuda i naziv vazdušnih brodova;
• Molekularni vodonik mogu da sintetišu neke bakterije i alge;
• Vodonik se može koristiti u proizvodnji čistog energetskog goriva;
• Gas metan (CH4) je sve važniji izvor vodonika.