Oxid vodíku: příprava a vlastnosti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Nejdůležitější a nejrozšířenější látkou na naší planetě je samozřejmě voda. Co se s tím dá srovnat v důležitosti? Je známo, že život na Zemi byl možný až s příchodem kapaliny. Co je to voda (oxid vodíku) z chemického hlediska? Z čeho se skládá a jaké má vlastnosti? Pokusme se porozumět tomuto článku.

Vodík a jeho sloučeniny

Nejlehčí atom v celé periodické tabulce je vodík. Zaujímá také dvojí polohu, nachází se jak v podskupině halogenů, tak v první skupině alkalických kovů. Co vysvětluje takové vlastnosti? Elektronová struktura obalu jeho atomu. Má pouze jeden elektron, který může jak opustit, tak připojit další k sobě, čímž vytvoří pár a dokončí vnější úroveň.

Proto jsou hlavní a jediné oxidační stavy tohoto prvku +1 a -1. Snadno reaguje s kovy a tvoří hydridy - pevné netěkavé sloučeniny podobné soli bílé barvy.

Vodík však také snadno tvoří těkavé molekuly látek, které interagují s nekovy. Například:

• sirovodík H₂S;
• metanCH₄;
• silan SiH₄ a další.

Obecně vodík tvoří poměrně hodně sloučenin. Nejdůležitější látkou, ve které je obsažen, je však oxid vodíku, jehož vzorec je H₂O. Jde o nejznámější sloučeninu, kterou podle vzorce pozná i žák základní školy, který se v chemii ještě nevyzná. Voda (a to je nejvyšší oxid vodíku) je totiž nejen běžnou látkou, ale také zdrojem života na naší planetě.

Samotný název prvku odráží jeho hlavní podstatu – vodík, tedy „zrození vody“. Jako každý jiný oxid je i tento binární sloučenina s řadou fyzikálních a chemických vlastností. Kromě toho existují speciální vlastnosti, které odlišují vodu od všech ostatních sloučenin.

Důležitou třídou sloučenin, které tvoří vodík, jsou kyseliny, organické i minerální.

Chemické vlastnosti vodíku

Z hlediska chemické aktivity je vodík poměrně silné redukční činidlo. V mnoha reakcích vykazuje právě takové vlastnosti. Při interakci s ještě silnějšími kovy se však stává oxidačním činidlem.

V průmyslu je velmi důležitá interakce vodíku s oxidy kovů. Ostatně je to jedna z možností, jak to druhé získat v té nejčistší podobě. Hydrogentermie je metalurgická metoda pro syntézu čistých kovů z jejich oxidů redukcí vodíkem.

Reakce vodíku s oxidem má následující obecný tvar:Já_xO_y + H₂=H₂O + Já.

Toto samozřejmě není jediný způsob, jak syntetizovat čisté kovy. Jsou i další. Redukce oxidů vodíkem je však energeticky poměrně ziskový a nekomplikovaný výrobní proces, který našel široké uplatnění.

Zajímavý je také fakt, že po smíchání se vzduchem může plynný vodík vytvořit vysoce výbušnou směs. Jeho název je výbušný plyn. K tomu by mělo být míchání provedeno rychlostí dvou objemů vodíku na jeden kyslík.

Voda je oxid vodíku

To, že je tento oxid velmi důležitý, jsme již několikrát zmínili. Nyní si to pojďme charakterizovat z hlediska chemie. Patří tato sloučenina skutečně do této třídy anorganických látek?

Za tímto účelem se pokusí napsat vzorec trochu jinak: H₂O=HON. Podstata je stejná, počet atomů stejný, nicméně nyní je zřejmé, že máme před sebou hydroxid. Jaké vlastnosti by měl mít? Zvažte disociaci sloučeniny:

NON=H⁺ + OH^-.

V důsledku toho jsou vlastnosti kyselé, protože v roztoku jsou přítomny vodíkové kationty. Navíc nemohou být zásadité, protože alkálie tvoří pouze kovy.

Proto další název, který má oxid vodíku, je kyselina obsahující kyslík nejjednoduššího složení. Vzhledem k tomu, že takové složité provázání je pro danou molekulu charakteristické, její vlastnosti budou speciální. A vlastnosti jsou odpuzoványstrukturu molekuly, takže ji analyzujeme.

Struktura molekuly vody

Poprvé o tomto modelu uvažoval Niels Bohr a jemu patří primát a autorství v této věci. Nainstalovali následující vlastnosti.

1. Molekula vody je dipól, protože prvky, které ji tvoří, se velmi liší v elektronegativitě.
2. Jeho trojúhelníkový tvar, vodíky na základně a kyslík nahoře.
3. Díky této struktuře je tato látka schopna tvořit vodíkové vazby, a to jak mezi stejnojmennými molekulami, tak s jinými sloučeninami, které mají ve svém složení silně elektronegativní prvek.

Podívejte se, jak dotyčný oxid vodíku vypadá schematicky na fotografii níže.

Fyzikální vlastnosti oxidu vodíku

Lze identifikovat několik hlavních charakteristik.

1. Stav agregace: plynný - pára, kapalina, pevná látka - sníh, led.
2. Bod varu – 100⁰C (99, 974).
3. Bod tání - 0⁰C.
4. Voda se může smršťovat při zahřátí v rozsahu teplot 0-4⁰C. To vysvětluje tvorbu ledu na povrchu, který má nižší hustotu a zachování života pod tloušťkou oxidu vodíku.
5. Vysoká tepelná kapacita, ale velmi nízká tepelná vodivost.
6. V kapalném stavu vykazuje oxid vodíku viskozitu.
7. Povrchové napětí a tvorba negativuelektrický potenciál na vodní hladině.

Jak jsme uvedli výše, vlastnosti vlastností závisí na struktuře. Tak tady. Schopnost tvořit vodíkové vazby vedla k podobným vlastnostem v této sloučenině.

Oxid vodíku: chemické vlastnosti

Z hlediska chemie je aktivita vody poměrně vysoká. Zejména pokud jde o reakce doprovázené zahříváním. S čím může reagovat oxid vodíku?

1. S kovy, které v řadě napětí dosahují až vodíku. Přitom u těch nejaktivnějších (až hliník) nejsou potřeba speciální podmínky a ty s nižší redukční schopností reagují jen s párou. Ty, které stojí za vodíkem, nejsou schopny takové interakce vůbec vstoupit.
2. S nekovy. Ne se všemi, ale s většinou. Například v atmosféře fluoru voda hoří fialovým plamenem. Rovněž je možná reakce s chlórem, uhlíkem, křemíkem a dalšími atomy.
3. S oxidy kovů (základní) a kyselými (nekovy). Vznikají zásady a kyseliny, resp. Mezi kovy jsou takových reakcí schopni zástupci prvních dvou skupin hlavních podskupin, s výjimkou hořčíku a berylia. Všechny nekovy, které tvoří kyselé oxidy, interagují s vodou. Výjimkou je říční písek - SiO₂.

Reakční rovnice pro oxid vodíku je příklad: SO₃ + H₂O=H₂ SO_4.

Šíření v přírodě

Už jsme zjistili, že tato látka -nejrozšířenější na světě. Označme procenta v objektech.

1. Přibližně 70 % tělesné hmotnosti lidí a savců. Některá fauna obsahuje asi 98 % oxidu vodíku (medúzy).
2. 71 % Země je pokryto vodou.
3. Největší hmotnost je voda oceánů.
4. Asi 2 % se nacházejí v ledovcích.
5. 0, 63 % pod zemí.
6. 0,001 % je atmosférický (mlha).
7. Tělo rostlin tvoří z 50 % voda, některé druhy ještě více.
8. Mnoho sloučenin se vyskytuje jako krystalické hydráty obsahující vázanou vodu.

V tomto seznamu lze pokračovat ještě dlouho, protože je těžké si zapamatovat něco, co neobsahuje vodu nebo kdysi neobsahovalo. Nebo vznikl bez účasti tohoto oxidu.

Metody získávání

Získávání oxidu vodíku nemá žádnou průmyslovou hodnotu. Koneckonců, je jednodušší použít hotové zdroje - řeky, jezera a další vodní plochy, než utrácet obrovské množství energie a činidel. Proto je v laboratoři vhodné získat pouze destilovanou vysoce čistou vodu.

Pro tyto účely se používají určitá zařízení, jako jsou destilační kostky. Taková voda je nezbytná pro provádění mnoha chemických interakcí, protože neupravená voda obsahuje velké množství nečistot, solí, iontů.

Biologická role

Říct, že voda se používá všude, je podcenění. Je nemyslitelné si představit svůj život bez tohoto spojení. zráno a až do setmění jej člověk neustále používá pro domácí i průmyslové účely.

Vlastnosti oxidu vodíku znamenají jeho použití jako univerzálního rozpouštědla. A to nejen v laboratoři. Ale také v živých bytostech, kde každou sekundu probíhají tisíce biochemických reakcí.

Voda sama je také účastníkem mnoha syntéz, slouží také jako vedlejší produkt z nich vyplývající. Každý člověk na Zemi projde za 60 let asi 50 tunami této úžasné látky!

Použitý oxid vodíku:

• ve všech odvětvích;
• medicína;
• chemické syntézy;
• ve všech typech odvětví;
• potřeby domácnosti;
• zemědělství.

Je těžké definovat oblast života, ve které se obejdete bez vody. Jediné živé bytosti, které nemají ve svém složení oxid vodíku a žijí bez něj, jsou viry. Proto je pro člověka těžké s těmito organismy bojovat.