Vodík, kyslík – maturitní otázka

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

 

   Otázka: Vodík, kyslík

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Prang

 

 

Vodík

Charakteristika

  • 11 H – 1s1 ; 1 proton, jeden elektron
  • nejlehčí prvek

Výskyt:

  • volný – horní vrstva atmosféry, vesmír – elementární
  • vázaný- anorganické, organické sloučeniny => biogenní prvek
    • H2O, H2O2, kyseliny, hydroxidy, uhlovodíky + deriváty
  • izotopy:
    • protium : 11 H
    • deuterium: 21H (21D) – D2O (těžká voda)
    • tritium: 31H (31T) – radioaktivní
  • vazba:
    • s-s ¾> s, jednoduchá vazba (H-H)
    • vydoká energie
  • oxidační číslo:
    • volný H, H2 … 0
    • H+ … +I
    • H … -I (hydridy kovů)

Vlastnosti:

  • plyn – nekov
  • 14x lehčí než vzduch
  • bez barvy, chuti, zápachu
  • se vzduchem tvoří výbušnou směs
  • redukční činidlo

 

Výroba

  • ze zředěných kyselin kovem, který leží před vodíkem
    • 2HCl + Zn ¾> H2 + ZnCl2
    • H2SO4 + Fe ¾> H2 + FeSO4
    • 6HNO3 + 2Al ¾> 3H2 + 2Al(NO3)3
  • z vody alkalickým kovem
    • 2H2O + 2Na ¾> H2 + 2NaOH
    • 2H2O + 2K ¾> H2 + 2KOH
    • 2H2O + 2Li ¾> H2 + 2LiOH
  • elektrolýzou vody
    • 2H2O ¾> (el. proud) 2H2 + O2
      • vodík- katoda; kyslík – anoda
  • reakcí amfoterních kovů s hydroxidy
    • Zn + NaOH + H2O ¾> Na2[Zn(OH)4] + H2
    • 2Al + 2NaOH + 6H2O ¾> 2Na[Al(OH)4] + 3H2
  • přehánění páry přes rozžhavený koks
    • H2O + C ¾> CO + H2
    • CO + H2O ¾> CO2 + H2
  • ze zemního plynu
    • CH4 + H2O ¾> 3H2 + CO
      • katalyzátor Ni, 1000 °

 

Reakce

  • atomární je reaktivnější
  • snaží se získat konfiguraci He
    • buď přijme elektron
      • H-1 – v hydridech
    • sdílí elektron – kovalentní vazba
    • odštěpí elektron
      • H+1
    • s halogeny
      • H + F ¾> bouřlivá reakce za nízké teploty
      • H + Cl ¾> reakce za laboratorních podmínek, osvětlení
      • H + Br, I ¾> musí se zahřát, použít katalyzátory
    • s kyslíkem
      • 2H2 + O2 ¾> 2H2O – pára
        • tvoří třaskavou směs
        • bouchá při plameni nebo jiskrách
        • hoření H – řezání kovů
      • výroba kovů
        • CuO + H2 ¾> H2O + Cu
      • hydrogenace
        • CO + H2 ¾> CH3OH – methanol
      • na hydridy
        • nekovů
          • H+ -> ox. číslo +I
          • H2 + Cl2 ¾> 2HCl
          • 2H2 + O2 ¾> 2H2O + energie
          • H2 + S ¾> H2S
        • kovů
          • H -> ox. číslo –I
          • H2 + 2Na ¾> 2NaH

 

Využití

  • 80% – výroba amoniaku
    • přímou syntézou
  • výroba kovů – metalurgie
  • ztužování tuků
  • balony (dřív)
  • palivo pro raketové motory
  • sváření a řezání kovů (autogenem)
  • součást syntézního plynu
    • CO + H2 ¾> H – C= O– H – formaldehyd HCOH
    • CO + 2H2 ¾> CH3OH – metanol

 

Sloučeniny

  • hydridy
    • dvouprvkové sloučeniny vodíku s jiným prvkem
    • dělí se podle typu vazby
  • iontové
    • H + s1, s2 prvky
    • přímá syntéza za vyšší teploty
      • 2Na + H2 ¾> 2 NaH
    • reaktivní, termicky málo stálé
    • pevné látky
    • vysoká teplota tání
    • v tavenině vedou el. proud
      • vodík se vyloučí na anodě
    • rozkládají vodu
      • NaH + H2O ¾> NaOH + H2
    • NaH
      • redukční činidlo v organické chemii
    • LiH
      • zdroj vodík pro meteorologické balóny
    • kovalentní
      • p prvky
      • vlastnosti závisí na polaritě vazby
      • s vosou reagují za uvolnění protonu
        • HCl + H2O ¾> H3O+ + Cl
          • kyselý charakter
        • kovové
          • pevné, křehké, kovový lesk
          • prvky skupiny Cr, triády Fe, palladium

 

Kyslík

Charakteristika

  • nejrozšířenější prvek v zemské kůře
  • 168O (He) 2s2 2p4
  • dvouatomové molekuly O=O => O2
  • O3 – ozon
    • jedovatý bezbarvý plyn, charakteristický zápach
    • kapalný – modrý, pevný – černý
    • ve stratosféře – ozónová vrstva
      • 3O2 ¾> (el. výboj) 2O3
      • chrání nás před UV z vesmíru
    • silné oxidační účinky
    • O3 ¾> O2 + O
      • atomární kyslík – silné oxidační, bělící, desinfekční účinky
      • čištění vody, bělení olejů, škrobu
    • směs se vzduchem s 70% O3 – výbušná
  • izotopy:
    • 168O ; 178O; 188O

 

Výskyt:

  • volný – ve vzduchu 21%
  • vázaný
    • anorganické sloučeniny – oxidy, kyslíkaté kyseliny + jejich soli
    • organické sloučeniny- kyseliny, tuky, sacharidy, bílkoviny => biogenní prvek

 

Vlastnosti:

  • bez barvy, chuti, zápachu
  • dvouatomové molekuly
  • bezbarvý plyn, bez chuti, bez zápachu
  • částečně rozpustný ve vodě
  • chemické vlastnosti vyplývají z konfigurace
  • snaží se dosáhnout konfigurace vzácného plynu
    • přijme 2 elektrony ¾> O2-
      • oxidy
    • vytvoří 2 kovalentní vazby
      • 2 jednoduché
      • 1 dvojnou
    • vytvoří 1 vazbu a přijme jeden elektron
      • hydroxidy
    • vysoká elektronegativita (po Cl nejvyšší)
    • oxidační činidlo

 

Výroba

  • frakční destilací kapalného vzduchu
  • elektrolýzou vody
  • termickým rozkladem silných oxidačních činidel
    • 2KMnO4 ¾> (t) MnO2 + K2MnO4 + O2
    • 2KClO3 ¾> (t) 2KCl + 3O2
    • 2NaNO3 ¾> (t) 2NaNO2 + O2
    • 2H2O2 ¾> (MnO2 – burel) 2H2O + O2
  • rozkladem oxidů
    • 2HgO ¾> O2 + 2Hg
    • 2Ag2O ¾> O2 + 4Ag

 

Reakce

  • téměř se všemi prvky – oxidy, peroxidy, hydroxidy
  • oxidy
    • přímá reakce s O2 : P2 + O2 ; …
    • kyselinotvorné
      • kyslík + nekov
      • kovy s vysokým Z – Cr, W, Mn
      • reakcí s hydroxidy vzniká sůl
      • CO2 + H2O ¾> H2CO3
      • SO3 + H2O ¾> H2SO4
      • P2O5 + 3H2O ¾> 2H3PO4
    • zásadotvorné
      • iontové – s s1, s2 prvky
      • číslo kovu < 4
      • reakcí s kyselinami vzniká sůl
      • CaO + H2O ¾> Ca(OH)2 – hašení vápna
    • amfoterní = obojaké
      • nižší ox. číslo prvku
      • oxidace s atomovou strukturou
      • s kyselinami i hydroxidy vznikají soli
    • ZnO
      • ZnCl2 – zinečnatá sůl
      • Na2[Zn(OH)4] – zinečnatan
    • Al2O3
      • AlCl3 – hlinitá sůl
      • K3[Al(OH)6] – hlinitan
    • inertní – netečné
      • CO, N2O – rajský plyn
        • ani kyseliny, ani zásady
  • peroxidy
    • H2O2
      • vlastnosti
        • kapalina
          • bezbarvá, sirupovitá
        • polární rozpouštědlo
          • lepší než voda
          • lépe se uplatňují vodíkové vazby
        • rozpouští se ve vodě
          • jako slabá kyselina – odštěpuje kationt
        • za laboratorní teploty je stálý
        • pomalu se rozkládá
          • pro zrychlení reakce MnO2
        • činidlo
          • jodidy na jód
          • sulfidy na sírany
        • i redukční účinky pokud je se silnějším oxidačním činidlem – KMnO4
      • využití
        • desinfekce, na výrobu O2
        • součást odbarvovačů
      • příprava
        • BaO2 + H2SO4 ¾> BaSO4 ¯ +H2O2
      • 2Na + O2 ¾> Na2O2 – sodný
      • Ba + O2 ¾> BaO2 – barnatý
  • hyperoxidy
    • K + O2 ¾> KO2 – silné ox. činidlo, nestálý

 

Využití

  • dýchání
  • hoření
  • palivo pro rakety
  • sváření, řezání (autogenem)
  • výroba oxidů
  • dýchací přístroje
  • lékařství

 

Voda

  • Charakteristika
    • nejrozšířenější sloučenina vodíku a kyslíku
    • teplota varu 100 °C
    • teplota tání O °C
    • součást krystalů ¾> hydráty
    • bez chuti, bez zápachu
    • hustota 1000 g/ cm3
    • 3 skupenství
      • plynné – vodní pára (g)
      • kapalné – voda (l); (H2O)n
      • pevné – led (s)
    • vazba vodíkovými můstky -> proto není plyn – shlukování molekul
    • polární rozpouštědlo
      • polární vazba
      • dobrá na iontové sloučeniny
        • hydratované ionty – vede el. proud = elektrolytická disociace
        • sloučeniny s1, s2 prvků; amonné soli, octany většiny kovů, většina chloridů, bromidů, síranů
      • při rozpouštění nepolárních sloučenin
        • nedochází k disociaci na ionty ¾> nevede el. proud
      • málo rozpustné
        • křemičitany, uhličitany, fosforečnany, sulfidy, hydroxidy
      • poměrně stálá – rozkládá se až za vysokých teplot
      • bouřlivá reakce s s1, s2 prvky ¾> hydroxid a vodík
      • hybridizace sp3 – úhel 105°
        • volné elektronové páry nad kyslíkem

 

  • Rozdělení
    • slaná
    • sladká
      • dešťová – měkká
      • povrchová – znečištěná
    • čistíme
      • chemicky – Cl2O3
      • mechanicky – filtr
      • biologicky- bakterie
    • spodní – pitná
    • tvrdá
      • přechodná tvrdost
        • odstraníme varem
        • způsobená: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
        • Ca(HCO3)2 ¾> (t) CaCO3¯ + CO2 + H2O
      • trvalá tvrdost
        • CaSO4, MgSO4
        • odstraníme sodou a iontoměniči
        • CaSO4 + Na2CO3 ¾> CaCO3¯ + Na2SO4
      • vázaná
        • v anorganických – krystalická
        • v organických

 

  • Reakce
    • reakce s oxidy
      • zásadotvorný ¾> zásada
      • kyselinotvorný ¾> kyselina
    • hydrolýza
      • ionty soli + voda
    • neutralizace
      • hydroxid + kyselina ¾> voda + sůl
    • pára + kovy
      • koroze (oxidy)

 

  • Autoprotolýza
    • má amfoterní charakter
      • H2O + H+ ¾> H3O+
      • H2O ¾> H+ + OH
    • H2O + H2O « H3O+ + OH
      • ¾> autoprotolýza
      • <¾ neutralizace
  • Iontový součin vody
    • Kv= CH3O+ * COH- = 10-14 mol2/l2

 

Roztoky

  • Charakteristika
    • roztok = homogenní směs dvou nebo více látek
    • vzniká při rozpouštění = promísení látek na molekulární úrovni
    • rozpouštědlo
      • většinou látka, která je v soustavě v nadbytku
      • kapalina + pevná látka – rozpouštědlem je kapalina
      • homogenní směs různých ltek s vodou – rozpouštědlem je voda
    • rozpustnost
      • hmotnost látky, která se za daných podmínek rozpustí v daném množství rozpouštědla za vzniku nasyceného roztoku
      • v tabulkách
  • Dělení
    • podle skupenství
      • pevné
        • slitiny kovů
      • kapalné
        • cukr nebo kyslík rozpuštěný ve vodě
      • plynné
        • vzduch
    • podle vlastností rozpouštěné látky
      • neelektrolytů
        • rozpouštěné látky obsahují pouze nepolární nebo slabě polární kovalentní vazby
        • př. glukóza ve vodě, jód v CCl4
        • nevedou elektrický proud
      • pravých elektrolytů
        • rozpouštěné látky obsahují iontové kovalentní vazby
        • rozpouští se v polárních rozpouštědlech
        • molekuly rozpouštědla vytrhávají jednotlivé ionty ze struktury krystalu
        • vedou elektrický proud
      • potenciálních elektrolytů
        • v rozpouštěné sloučenině se vyskytuje vazba polární
        • rozpouští se v polárních rozpouštědlech
        • molekuly rozpouštědla mohou roztrhnout molekuly rozpouštěné látky
          • ionty se rozptýlí mezi molekuly rozpouštědla
        • vedou elektrický proud
    • podle sytnosti
      • nasycené
        • za daných podmínek se v roztoku už nerozpustí žádná další látka
      • nenasycené
        • látka se rozpouští, dokud nevznikne roztok nasycený
    • podle pH
      • neutrální
        • CH3O+ = COH- ¾  pH= 7
      • kyselé
        • CH3O+ > COH- ¾ pH < 7
      • zásadité
        • CH3O+ < COH- ¾ pH > 7

 

  • Složení
    • neomezeně mísitelné látky
      • vytvářejí homogenní směs bez ohledu na to, v jakém poměru je mísíme
      • všechny plynné látky, některé kapaliny
      • př. etanol s vodou, metanol s etanolem
    • omezeně mísitelné látky
      • tvoří homogenní směs jen v určitém rozsahu vzájemných poměrů
      • většina soustav vzniklých smísením pevných a kapalných látek
      • vznikají roztoky nasycené nebo nenasycené
    • nemísitelné látky
      • jsou vzájemně nerozpustné
        • př. olej a voda
      • neexistují naprosto nemísitelné látky
      • množství vody rozpuštěné v oleji je velmi malé ¾> látky nemísitelné
        • řada jedovatých kapalin, o nichž tvrdíme, že jsou s vodou nemísitelné, se v nepatrném množství ve vodě rozpouští
          • jejich vodný roztok je pro živé organismy (i přes nízkou koncentraci) škodlivý

 

  • Koncentrace
    • hmotnostní zlomek
      • podíl hmotnosti látky A ku celkové hmotnosti roztoku
      • wa = ma / mr
      • součet hmotnostních zlomků všech složek tvořících roztok = 1
    • hmotnostní procento
      • wa * 100
    • objemové procento
      • koncentrace roztoků, vzniklých smísením dvou nebo více kapalin
      • objem % = 100* Va / Vr
      • pro reálné roztoky platí, že součet objemových procent všech složek ¹100
    • molární koncentrace
      • počet molů látky rozpuštěné v 1dm3 roztoku [mol / dm3]
      • ca = na / Vr
        • na = m / M ¾>
    • ředění roztoků
      • křížové pravidlo
      • směšovací rovnice
        • m1 * c1 + m2 * c2 = (m1 + m2) * c

 

  • pH
    • výpočet
      • pH = – log CH3O+
      • pOH = – log COH-
      • pH + pOH = 14
        • logaritmovaný tvar iontového součinu vody
      • silná jednosytná kyselina
        • HCl, HNO3, HClO4
        • je téměř úplně disociovaná
          • koncentrace kyseliny = koncentrace H3O+
      • silná dvojsytná kyselina
        • H2SO4
        • z 1 molu kyseliny ¾> 2 moly H3O+
          • koncentrace H3O+ = 2* koncentrace kyseliny
      • silná jednosytná zásada
        • NaOH, KOH
        • téměř úplně disociovaná
          • koncentrace zásady = koncentraci OH
          • pH = 14 – pOH
      • silná dvojsytná zásada
        • Ca(OH)2
        • z 1 molu hydroxidu ¾> 2 moly OH
          • koncentrace OH = 2* koncentrace hydroxidu
      • slabá jednosytná kyselina
        • CH3COOH, HCN, HNO2
        • je velmi málo disociovaná
        • Kdis << 1
          • počet H3O+ závisí na Kdis
        • pK = – log Kdis
        • pH = ½ * (pKdis – log Ckyseliny)
      • slabá jednosytná zásada
        • NH3, AgOH
        • COH- << 1
          • závisí na Kdis
        • pH = 14 – ½ * (pKdis – log COH-)


Další podobné materiály na webu: