Vodík – maturitní otázka z chemie (2)

 

   Otázka: Vodík

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Anonym

 

 

 

 

Základní charakteristika

  • Mezinárodní název: hydrogenium
  • První člen periodické soustavy prvků
  • Tvoří základ veškeré živé hmoty
  • Izotopy vodíku
    • Lehký vodík (protium)      1H (P):   1p, 1e, 0n
    • Těžký vodík D (deuterium) 2H (D): 1p, 1e, 1n
    • Radioaktivní T (tritium)   3H (T):   1p, 1e, 2n
      • (Pokusné jaderné výbuchy od roku 1954 způsobili stonásobné zvýšení koncentrace T v prostředí. Po ukončení testů se ale koncentrace T vrátila díky přirozenému rozpadu na původní hladinu.)

 

Výskyt v přírodě

  • Nejrozšířenější prvek ve vesmíru (9. na zemi)
    • Ve sluneční atmosféře – přeměna fúzí na He
  • Na Zemi se vyskytuje převážně ve sloučeninách
    • Největší množství v H2O
    • Volně jen vzácně: sopečné plyny, zemní plyn
    • Na Zemi dvouatomové molekuly H2 (v mezihvězdném prostoru atomární vodík H)
  • Sloučeniny: voda, hydridy, hydroxidy, kyseliny, všechny org. sloučeniny

 

Vlastnosti

  • Za běžných podmínek plyn (bod tání -259,2°C; bod varu -252,8°C)
  • Bez barvy, chuti a zápachu
  • Lehčí než vzduch
  • Molekuly H2 jsou tak malé, že snadno pronikají pevnými materiály (difundují)
  • Za běžných podmínek není příliš reaktivní (díky vysoké energii vazby H-H)
  • Slučuje se s téměř všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých přechodných kovů
  • Jako jediný prvek skupiny patří mezi nekovy
  • Poměrně snadno zkapalnitelný
  • Přechovává se v ocelových lahvích (označené červeným pruhem)
  • Hořlavý ve spojení s kyslíkem, ale samostatně hoření nepodporuje
    • Se vzduchem tvoří výbušnou směs
  • Funguje jako významné redukční činidlo

 

Příprava (laboratorní)

  • Nejčastěji reakcí zředěné kyseliny sírové se zinkem:
    • Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

 

Výroba (průmyslově)

  • Přeháněním vodní páry přes rozžhavený koks (vznik oxidu uhličitého a vodíku)
    • H2O + C → CO + H2
    • CO + H2O → CO2 + H2
  • Reakce methanu s vodní párou
    • CH4 + H2O → CO + 3H2
  • Velmi čistý vodík – elektrolýza vody

 

Využití

  • V chemickém průmyslu:
    • Výroba HCl, NH3, HNO3
  • Potravinářství:
    • Hydrogenace (ztužování tuků)
  • Pohonné hmoty:
    • Raketové palivo
  • Autogeny (Řezání a sváření kovů) hoření vodíku s kyslíkem (silně exotermní reakce) vyvíjí teploty přes 3 000 °C
  • Výroba energie
    • Chladivo alternátorů v elektrárnách
  • Vzducholodě
    • Dříve používán jako náplň vzducholodí
    • Díky jeho výbušnosti se vzduchem docházelo k haváriím. (Požár vzducholodi Hindenburg)
  • Experimentálně využíván do směsí při hloubkovém potápění

 

Hydrogenace a dehydrogenace u organických látek

Reakce navzájem vratné

  • Hydrogenace
    • Přidání atomů vodíku k nějaké molekule
    • Exotermní reakce
    • Za pomoci katalyzátorů
      • (Nekatalyzovaná reakce pouze za vysokých teplot)
    • Využití: Potravinářství – ztužování rostlinných tuků, farmakologie
  • Dehydrogenace
    • Reakce opačná k hydrogenaci, odebrání vodíku
    • Endotermní reakce

 

Kyseliny a zásady

  • Aby se látka mohla projevit jako kyselina nebo zásada, musí být přítomna v rozpouštědle.
  • Kyseliny
    • Atom vodíku je vázán s atomem elektronegativního prvku.
    • Vazba je proto polární
  • Síla kyselin a zásad
    • Čím je kyselina silnější, tím snadněji odštěpí proton a naopak zásada je tím silnější, čím snadněji proton váže.
    • Čím silnější je kyselina, tím slabší bude její konjugovaná zásada. (Jestliže kyselina velmi jednoduše odštěpí proton, pak zásada, která z ní tím vznikne, nebude mít velkou tendenci přijmout proton zpět.) Naopak platí to samé.

 

Teorie kyselin a zásad

  • Arrheniova teorie
    • Kyseliny
      • Definuje kyseliny jako látky schopné ve vodných roztocích odštěpit vodíkový kationt H+
      • HNO3 → H+ + NO3
    • Zásady
      • Zásady jsou látky schopné poskytovat ve vodných roztocích anionty OH
    • Brönsted-Lowryho teorie
      • (Obecnější)
      • Kyselina je částice (molekula, iont), která je schopna odštěpit proton.
      • Zásada je částice (molekula, iont), která je schopná proton vázat.
    • Konjugovaný pár
      • Obě dvojice jsou tvořeny kyselinou a zásadou
      • Zásada vzniká z kyseliny po odštěpení vodíkového kationtu (protonu)
    • Autoprotolýza
      • K předání protonu může dojít i mezi samotnými molekulami protického rozpouštědla (Rozpouštědlo obsahuje ionizovatelný atom vodíku – atom který se dá odštěpit ve formě H+)
      • Rozpouštědlo má amfoterní (obojaký) funguje v tomto případě jako kyselina i jako zásada.
      • Autoprotolýza vody

 

Definice a význam pH

  • Pomocí stupnice pH můžeme vyjádřit kyselost nebo zásaditost libovolného roztoku
  • Roztoky ve kterých je molární koncentrace kationtů H3O+ stejná jako koncentrace aniontů OH, se označují jako neutrální.
    • H3O+ ˃ OH   kyselé
    • H3O+ ˂ OH   zásadité
  • Neutrální pH=7

 

Indikátory

  • Látky, které v různě kyselém prostředí mění barvu, se nazývají indikátory.
  • Využívá se jich právě k měření pH
    • Univerzální indikátorové papírky – papírky napuštěné směsí indikátorů
    • pH metry – speciální měřicí přístroje, přesnější výsledek

 

Hydrolýza solí

  • Určuje, jestli po rozpuštění soli ve vodě bude výsledný vodný roztok kyselý, neutrální, nebo zásaditý.
  • Podle toho z jak silné kyseliny a zásady daná sůl vznikla
  • Hydrolýza
    • Při rozpuštění soli ve vodě dochází k její ionizaci
    • Vzniklé ionty mohou reagovat s molekulami rozpouštědla (Hydrolýza kationtu/aniontu)
    • Hydrolýza kationtů
      • Reakcí s H2O vzniká více H3O+
      • To zvyšuje kyselost roztoku (snižuje pH)
    • Hydrolýza aniontů
      • Reakcí s H2O vzniká více OH
      • Zvyšuje se zásaditost roztoku (zvyšuje se pH)

 

  • Roztok soli:
    • Silná kyselina + silná zásada=neutrální reakce
    • Silná kyselina + slabá zásada=kyselá reakce
    • Slabá kyselina + silná zásada=alkalická (zásaditá) reakce

 

Zdroje:

  • Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. Díl
  • Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. Díl
  • Přehled středoškolské chemie
  • imaturita.cz
  • https://cs.wikipedia.org/wiki/Vod%C3%ADk#Organick.C3.A9_slou.C4.8Deniny






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: