Vodík, kyslík – maturitní otázka (2)

Otázka: Vodík, kyslík

Předmět: Chemie

Přidal(a): Marek Novotný

VODÍK

je první člen PSP
má nejjednodušší elektronovou konfiguraci-> 1s¹
má jeden proton v jádře, 1 elektron v obalu (v 1s orbitalu)
snaží se dosáhnout konfigurace 1s², které dosáhne vytvořením vazby (H₂), přijetím elektronu (vznikne anion H^–=hydridový anion) nebo odevzdáním elektronu (H⁺=proton, váže se hned koordinační vazbou na molekulu s volným elektronovým párem-např. NH₄⁺
redukční činidlo (snadněji ztrácí elektrony)
oxidační stavy +I, -I, 0
nejrozšířenější prvek ve vesmíru
volný-> na zemi se téměř nevyskytuje, ve vesmíru naopak ano
vázaný-> ve sloučeninách
má 3 izotopy (stejný počet protonů, různý počet neutronů)
- protium (lehký vodík)-stabilní
- deuterium (těžký vodík)-stabilní
- tritium (radioaktivní, nestabilní)
je důležitý biogenní prvek
příprava:
- reakce neušlechtilého kovu s kyselinou:
  - neušlechtilé kovy jsou reaktivnější
  - Zn+2HCl->H₂ + ZnCl₂
- elektrolýza vody:
  - jako elektrolyt se používá roztok kyseliny sírové H₂SO₄ a elektrody z platiny, která s kyselinou sírovou nereaguje.
  - disociací molekul kyseliny sírové vznikají v roztoku kladné ionty vodíku H⁺a záporné ionty SO₄²⁻
  - kationty vodíku se pohybují k záporné elektrodě, od které přijímají elektron a slučují se do molekuly vodíku H₂
  - anionty SO₄²⁻se pohybují ke kladné elektrodě, které odevzdají své přebytečné elektrony a elektricky neutrální molekula SO₄okamžitě reaguje s vodou – vzniká nová molekula H₂SO₄-> při této reakci se uvolňují molekuly kyslíku O₂
- redukce oxidů kovů vodíkem:
  - WO₃+3H₂->W+3H₂O

výroba:
- parní reformování zemního plynu:
  - CH₄+H₂O->CO+3H₂ (teplota, katalyzátor)
- koks s vodní párou:
  - C+H₂O->CO+H₂
  - CO+H₂O->CO₂+H₂

využití:
- výroba kovů, raketové motory, ztužování tuků (hydrogenační reakce) -> tuk z nenasycených mastných kyselin-kapalný-procesem ztužování přeměníme na tuhý tuk, svařování kyslíkovodíkovým plamenem
hydridy jsou binární sloučeniny vodíku, rozlišujeme:
- iontové hydridy
  - obsahují hydridový anion H^–
  - jsou to sloučeniny vodíku s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin
  - jsou to pevné látky s vysokým bodem tání
  - prudce reagují s vodou za vzniku molekulového vodíku
    - NaH+H2O->H2+NaOH
  - jsou to silná redukční činidla
- kovalentní hydridy
  - jsou sloučeniny vodíku s p1 až p5 prvky
  - za normálních podmínek to jsou plyny, výjimkou je voda, která je díky existenci vodíkových můstků kapalná
  - polární kovalentní hydridy reagují s vodou za uvolnění protonu-> jejich vodné roztoky jsou kyselé a známé jako bezkyslíkaté kyseliny
    - H₂O+HCl->H₃O⁺+Cl^–
  - nepolární kovalentní hydridy s vodou nereagují
- kovové hydridy
  - jsou to hydridy d-prvků a f-prvků
- hydridové komplexy
  - ionty H^– jsou vázány koordinační vazbou na ionty kovů

KYSLÍK

má elektronovou konfiguraci 2s² 2p⁴
od ostatních chalkogenů se liší tím, že nemá žádné volné d orbitaly, a proto je ve svých sloučeninách pouze dvojvazný (2 jednoduché vazby nebo 1 dvojnou)
kyslík má ve svých sloučeninách obvykle oxidační číslo -II, v peroxidech má oxidační číslo -I a ve fluoridu kyslíku +II (OF₂)
má dvě alotropické modifikace=různé formy jednoho prvku (O₂ a O₃)
- O₂ je těžší než vzduch, je bez zápachu
- O₃=ozon; vzniká z molekulového kyslíku absorpcí energie (účinkem UV záření nebo el. výboje); samovolně se rozkládá a uvolňuje atomový kyslík-> má tedy silné oxidační účinky; je toxický-> hemoglobin se oxiduje na nefunkční methemoglobin; používá se jako dezinfekce vody, má baktericidní účinky
má po fluoru nejvyšší elektronegativitu
reakce:
- hoření:
  - 2H₂+O₂->2H₂O
- příprava kyslíku (termický rozklad manganistanu draselného):
  - 2KMnO₄->O₂+K₂MnO₄+MnO₂ (manganan draselný, oxid manganičitý)
vyrábí se destilací zkapalněného vzduchu
použití: hoření, dýchací přístroje, svařování, dýchání, raketové palivo
oxidy – podle reakcí s vodou, kyselinami a bázemi rozlišujeme:
- 1. kyselinotvorné oxidy
  - jsou to oxidy nekovů, polokovů a kovů s oxidačním číslem V a víc
  - reakcí s vodou tvoří kyslíkatou kyselinu
    - SO₃+H₂O-> H₂SO₄
  - kyselinotvorné oxidy nerozpustné ve vodě reagují se zásadami a vznikají soli
    - SiO₂+2NaOH-> Na₂SiO₃+H₂O
- 2. zásadotvorné oxidy
  - oxidy kovů s oxidačním číslem I-IV
  - slučují se s vodou na hydroxidy
    - CaO+H₂O-> Ca(OH)₂
  - zásadotvorné oxidy nerozpustné ve vodě reagují s kyselinou na vzniku soli
    - MgO+2HCl-> MgCl₂+H₂O
- 3. amfoterní oxidy
  - reagují s kyselinami i s hydroxidy
  - ZnO, Al₂O₃
- 4. inertní oxidy
  - nereagují s vodou, zásadou ani s kyselinou
  - NO, CO

PEROXID VODÍKU

je to nejběžnější peroxosloučenina
všechny peroxosloučeniny obsahují peroxoskupinu (O₂)^-II
je to bezbarvá olejovitá kapalina
molekuly H2O2 jsou spojeny vodíkovými můstky, proto se dobře rozpouštějí ve vodě
v bezvodném stavu je peroxid vodíku explozivní
30 % se používá k bělení textilií a papíru
3 % se používá jako dezinfekční prostředek v domácnosti
soli peroxidu vodíku se nazývají peroxidy, atom kyslíku má oxidační číslo -I
působení světla se rozkládá na vodu a atomový kyslík-> oxidační činidlo
redukční účinky se projevují při jeho reakci se silnými oxidačními činidly
Ox. účinky: 2KI+H₂O₂+H₂SO₄->I₂+K₂SO₄+2H₂O
Red. účinky: H₂O₂+HgO-> Hg+O₂+H₂O

VODA

atomy kyslíku a vodíku mají různou elektronegativitu
vazba O-H je silně polární, na O vzniká částečný náboj delta mínus, na vodíku delta plus
tvar je lomený, vazebný úhel má velikost 104,5°
kladné a záporné dipóly se přitahují a vznikají vodíkové můstky
voda je polární rozpouštědlo
- iontové a polární sloučeniny se ve vodě štěpí na ionty
- přitažlivé síly mezi dipóly vody a ionty způsobují, že se kolem iontů vytvoří hydratační obaly z molekul vody
- hydratační obaly zabraňují vzájemnému přitahování iontů a tím je udržují v roztoku
rozpouští-li se ve vodě nepolární látky, neštěpí se na ionty a hydratační obal obklopuje celé molekuly rozpuštěné látky (ethanol, glukóza, močovina)
pokud se ve vodě rozpouští sloučeniny, které obsahují jak polární skupinu, tak nepolární skupinu (vyšší mastné kyseliny) -> vznikají micela obklopené molekulami vody