Úvod
Vodík (H) je chemický prvek s protonovým číslem 1, což ho činí nejlehčím prvkem vůbec. V periodické tabulce se řadí do 1. skupiny, ačkoliv svými unikátními vlastnostmi tvoří spíše samostatnou kategorii. Je to nejrozšířenější prvek ve vesmíru, kde tvoří například hvězdy. Za běžných podmínek je vodík bezbarvý a vysoce hořlavý plyn bez zápachu. Na Zemi se vyskytuje především vázaný ve sloučeninách, jako je voda nebo uhlovodíky. Průmyslově se získává hlavně ze zemního plynu, ale také elektrolýzou vody, což je klíčové pro výrobu zeleného vodíku.
Vlastnosti
Vodík, s chemickou značkou H a protonovým číslem 1, je nejlehčí a nejjednodušší prvek ve vesmíru. Za normálních podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, tvořený dvouatomovými molekulami H₂. Má tři hlavní izotopy: protium, deuterium a těžký, radioaktivní tritium. Je extrémně hořlavý a se vzduchem či kyslíkem tvoří silně výbušnou směs, známou jako třaskavý plyn. Vyznačuje se velmi nízkou hustotou a extrémně nízkým bodem varu (-252,87 °C) a tání. Chemicky je velmi reaktivní, působí jako silné redukční činidlo a je klíčovou součástí nesčetných organických i anorganických sloučenin, například vody, kde tvoří stabilní kovalentní vazby.
Vznik názvu
Název vodík (latinsky hydrogenium) pochází z řečtiny a je složen ze slov *hydro* (voda) a *genes* (tvořící). V překladu tedy znamená „vodu tvořící“ či „vodotvorný“. Tento název zavedl Antoine Lavoisier, protože zjistil, že hořením vodíku v přítomnosti kyslíku vzniká jako produkt právě voda.
Objev
Ačkoliv hořlavý plyn uvolňující se při reakci kovů s kyselinami pozorovali již alchymisté jako Paracelsus v 16. století, za jeho objevitele je považován Henry Cavendish. V roce 1766 tento britský vědec jako první pečlivě prozkoumal vlastnosti „hořlavého vzduchu“ a prokázal, že je to samostatná látka. Experimentálně také zjistil, že jeho spálením v přítomnosti kyslíku vzniká čistá voda, což byl zásadní poznatek pro pochopení jejího složení. Jméno „hydrogenium“, odvozené z řeckých slov pro „vodu tvořící“, mu dal až v roce 1783 Antoine Lavoisier, který definitivně potvrdil jeho status chemického prvku. Tento objev zásadně přispěl k pádu flogistonové teorie.
Výskyt v přírodě
Vodík je nejhojnějším prvkem ve vesmíru, tvoří přibližně 75 % veškeré hmoty a je palivem pro hvězdy, včetně našeho Slunce. Na Zemi se v elementární formě vyskytuje jen vzácně, je však masivně vázán ve sloučeninách. Nejvýznamnějším zdrojem je voda (H₂O), dále se nachází ve všech organických látkách, jako jsou uhlovodíky (zemní plyn, ropa) a biomasa. Průmyslově se dnes získává nejčastěji parním reformingem zemního plynu, což je proces reakce metanu s vodní párou za vysokých teplot. Alternativní a ekologičtější metodou je elektrolýza vody, která rozkládá vodu na čistý vodík a kyslík pomocí elektrického proudu.
Využití
Vodík je palivem hvězd, včetně našeho Slunce, kde pohání termonukleární fúzi. V přírodě je základním stavebním kamenem vody, bez níž by neexistoval život, a je součástí všech organických molekul. Člověk ho využívá jako klíčovou surovinu v chemickém průmyslu, například při výrobě amoniaku pro hnojiva v Haber-Boschově procesu nebo při výrobě metanolu. V potravinářství se používá k hydrogenaci tuků. Jeho obrovský energetický potenciál se uplatňuje jako raketové palivo a stále více jako čistý zdroj energie ve vodíkových palivových článcích pro automobily či autobusy, kde jeho jediným odpadním produktem je voda.
Sloučeniny
Nejznámější a pro život nejzásadnější přírodní sloučeninou je voda (H₂O). V přírodě se dále vyskytuje v metanu (CH₄), hlavní složce zemního plynu, a je páteří nesčetných organických látek, od jednoduchých uhlovodíků po složité bílkoviny a DNA. Člověk synteticky vyrábí obrovské množství jeho sloučenin, které formují náš moderní svět. Patří sem plasty jako polyethylen, rozpouštědla, uměle vyráběné kyseliny jako kyselina sírová a také peroxid vodíku (H₂O₂), jenž slouží jako bělidlo a dezinfekce. Syntetický amoniak (NH₃) je zase základem moderního zemědělství.
Zajímavosti
Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, tvoří přibližně 75 % veškeré hmoty a je hlavní složkou hvězd a plynných obrů. Jeho nejběžnější izotop, protium, je jediným stabilním atomem, který neobsahuje žádný neutron. Za extrémně vysokých tlaků, jaké panují v jádrech planet jako je Jupiter, může přecházet do exotické kovové fáze a stává se elektricky vodivým. Takzvané vodíkové můstky, slabé vazby mezi molekulami, jsou zodpovědné za unikátní vlastnosti vody, jako je její vysoké povrchové napětí, a zároveň drží pohromadě dvojšroubovici DNA v našich buňkách.
