Vodík – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Vodík

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Ivana K.

 

 

 

 

Značka: H

El. konfigurace: 1s2

Elektronegativita: 2,2

 

3 Izotopy:

Izotop je označení pro nuklid v rámci souboru nuklidů jednoho chemického prvku. Jádra atomů izotopů jednoho prvku mají stejný počet protonů, ale mohou mít rozdílný počet neutronů.    

Protium = lehký vodík (99,9% všech přírodních atomů H)

Deuterium = těžký vodík

Tritium –  radioaktivní

 

  • první člen periodické tabulky s nejmenší relativní atomovou hmotností
  • vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru
  • na Zemi existuje pouze ve sloučeninách
  • největší množství vodíku je vázáno ve vodě, která pokrývá dvě třetiny zemského povrchu

 

  • Důkaz vodíku:
  • zkumavku s připraveným vodíkem musíme uzavřít palcem, protože vodík je lehčí než vzduch
  • důkaz vodíku provádíme přiblížením zkumavky k plameni kahanu a následnou třaskavou reakcí vodíku s kyslíkem

 

Výskyt:

  • volný ve formě dvouatomových molekul H2
  • vázaný je součástí:
    • všech organických sloučenin, je to biogenní prvek
    • anorganických sloučenin, např.: vody, kyselin, hydroxidů

 

Vlastnosti:

  • vodík je za normálních podmínek plyn bez chuti a zápachu, lehčí než vzduch
  • je hořlavý a jeho směs s kyslíkem (vzduchem) je výbušná – třaskavý plyn
  • v atomovém jádře má 1 proton a v elektronovém obalu 1 elektron
  • tvoří dvouatomové molekuly – H2, ve kterých jsou atomy vodíku poutány jednoduchou vazbou
  • vodík patři mezi nekovy, a proto má na rozdíl od ostatních prvků I. skupiny podstatně vyšší hodnotu elektronegativity
  • za laboratorní teploty vodík není příliš reaktivní
  • Rozštěpením vazby v molekulovém vodíku vzniká atomový vodík – vodík ve stavu zrodu velmi reaktivní, silné redukční vlastnosti, reaguje s celou řadou látek již za nízkých teplot. Slučuje se téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých přechodných kovů.
  • je-li spojen polární vazbou s atomy s vysokou elektronegativitou (F,N,O) může tvořit vodíkové vazby (vodíkový můstek)
  • ocelová láhev s vodíkem je červená

 

Příprava:

a) laboratorní

  • Elektrolýza vody (vylučuje se na katodě): 2 H+ + 2e H2

2H2O  + 2Na           2NaOH + H2

 

  • Reakcí kovů s vodnými roztoky kyselin (hydroxidů)

Zn + H2SO4               ZnSO4 + H2

 

  • Reakcí alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin s vodou

2 Na + 2 H2O       2 NaOH + H2

 

b) průmyslová

  • Tepelným rozkladem methanu

2 CH   t            3H2    +    C2H2

acetylen

  • Reakcí methanu s vodní párou:

CH4 + H2O             CO + 3H2

 

  • Reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem:

C + H2O            CO + H2

 

…Výroba vodíku pokračuje:

          CO + H2O            CO2 + H2

 

Reakce:

  • Reakce s halogeny Obecná rovnice:

H2 + X2          2HX           kde X = F, CI, Br, I

  • Redukční činidlo – důkaz zapálení

2H2 + O2         2H2O      (nejvíce nebezpečný v poměru 2:1)

  • Redukcí plynným vodíkem lze připravit řadu kovů z jejích oxidů:

CuO+ H2              Cu + H2O

WO3 +3H2            W + 3H2O

 

  • Hydrogenace

C    O + 2H2          CH3OH (methylalkohol)

  • přidávání molekuly vodíku na násobnou vazbu za přítomnosti katalyzátorů
  • v průmyslu se jako katalyzátor využívá kov, př.: Zn, Ni
  • adiční reakce
  • využití ztužování tuků:

 

C17H33COOH  + H2    C17H35COOH

kys. olejová               Ni              kys. stearová

 

Sloučeniny vodíku

 

Hydridy:

  • dvouprvkové sloučeniny vodíku
  • vznikají často přímou syntézou prvků

 

a) Iontové hydridy jsou sloučeniny vodíku s nejelektropozitivnějšími kovy

  • jsou to reaktivní, termicky málo stabilní, bezbarvé krystalické látky, ve kterých má vodík oxidační číslo H
  • Iontové hydridy lze připravit přímou reakcí vodíku s alkalickými kovy nebo kovy alkalických zemin

2Na + H2              2NaH (hydrid sodný)

 

Ca + H2                 CaH2 (hyd rid vápenatý)

  • Iontové hydridy reagují s vodou za vývoje vodíku:

CaH2 + 2H2O            Ca(OH)2 + 2H2

 

b) Kovové hydridy jsou křehké, pevné látky kovového vzhledu

  • tvoří je prvky podskupiny chromu, triády železa a palladium
  • tyto sloučeniny se vyznačují vodivými nebo polovodivými vlastnostmi
  • jejich struktura není dosud zcela objasněna

 

c) Hydridy přechodného typu tvoří prvky podskupin skandia, titanu a vanadu a také některé

lanthanoidy a aktinoidy

  • s uvedenými prvky vodík dobře reaguje za vzniku sloučenin, které nejsou přesně definované
  • většinou mají charakter berthollidů (např.TiH1,75 nebo VH0,71)
  • vazebné poměry v těchto sloučeninách jsou přechodem mezi vazbami iontovými a kovovými

 

d) Molekulové (Kovalentní) hydridy tvoří nekovy a polokovy IV. až VII. skupiny periodického systému

  • pokud jde o jednotlivé skupiny, pevnost vazeb v těchto sloučeninách i jejich termická stabilita klesá s rostoucím atomovým číslem
  • v rámci jednotlivých period však roste směrem zleva doprava

 

e) Polymerní hydridy jsou sloučeniny s elektronově deficitními vazbami

  • Tvoří je prvky 2. a 3. skupiny periodického systému (Be, Mg, Zn, Cd, B, Al, Ga, ln,Tl)
  • studium vazebných poměrů v těchto sloučeninách mělo značný význam pro rozvoj teorie chemické vazby
  • hydridy boru a gallia jsou většinou plynné nebo kapalné, zatímco ostatní mají skupenství pevné

 

Využití:

  • k syntéze anorganických a organických sloučenin
  • raketové palivo – je vysoce výhřevný, neznečišťuje ovduší a je považován za palivo budoucnosti
  • ke svařování a tavení kovů
  • jako redukční činidlo
  • při ztužování tuků

 

Nenasycené uhlovodíky

Alkeny – mají dvojnou vazbu C = C a homologický vzorec:    CnH2n

                              – koncovka -EN

 

Alkadieny – mají dvě dvojné vazby C = C a homologický vzorec:  CnH2n – 2

                                   př.: buta-1,3-dien    H2C = CH – CH = CH2  (C4H6)

– koncovka –DIEN

 

Alkiny – mají trojnou vazbu CC a homologický vzorec: CnH2n – 2

                              – koncovka –YN           m

 

Alkeny       

  • CHEMICKÉ REAKCE:
    • AE
    • SR (probíhá na uhlíku alkenu, který sousedí s dvojnou vazbou)
    • Polymerace

 

Nejvýznamější adice alkenů a alkynů

Adice       AE – halogenvodíků          HX

AE –  halogenu                  X2             halogenace

AN – vody                          H2O     hydratace

AR – vodíku                       H2             hydrogenace

 

Markovníkovo pravidlo: elektrofilní částice H+ se naváže na uhlík s větším počtem vodíku

AE            CH3 – CH = CH2   + HCl                    CH3 – CH – CH3

Cl

POZOR!

AE      CH3 – CH = CH2  + Cl2             CH2 – CH – CH2

 

Cl                 Cl

 

t = 500°

SR         CH3 – CH = CH2  + Cl2                CH2 – CH = CH2   +  HCl

 

Cl        3-chlor prop-1-en

 

  • VÝROBA:

1) Katalytickou dehydrogenací nasycených uhlovodíků

E

Al2O3   (Cr2O3)

CH3 – CH2 – CH3                      CH2 =  CH – CH3      

 

2) Dehydratace alkoholu

H2SO4

CH3 – CH2 – OH                    CH2 =  CH2    +   H2O

 

Vlastnosti:

  • podobné alkanům, tvoří homologickou řadu
  • roste teplota tání a varu a také hustota (liší se od alkanů díky dvojné vazbě)
  • málo rozpustné v H2O (polární), jsou rozpustné v nepolárních rozpouštědlech

 

Zástupci:

Ethen (Ethylen)         CH2 =  CH2

– lehký, bezbarvý plyn nasládlé chuti, ve směsi se vzduchem vybuchuje

– získává se při zpracování ropy

– využití v průmyslu, slouží k výrobě př. polyethylenu, ethanolu, ethylbenzenu, acetaldehydu

 

Propen (Propylen)     CH2 = CH – CH3

– plyn

– získává se při zpracování ropy

– slouží k výrobě př. polypropylenu, acetonu, kumenu

 

Alkyny

Hlavní představitel ACETYLEN (slabě kyselá povaha, odštěpuje vodík)

Charakteristika vazby:  – skládá se z 1 vazby s sigma a 2 vazeb p

– s překrytí valenčních elektronů, na spojnici jader

– p mimo spojnici jader

 

Vlastnosti:

  • podobné alkenům a alkanům, ale mají tt,tv než alkeny se stejným počtem uhlíků
  • liší se od alkanů díky trojné vazbě
  • větší rozpustnost

 

Ca2+   CC   2 –

 

karbid vápníku                             Acetylen má kyselou povahu – slabá kyselina

 

Důkaz násobné vazby:

– pomocí bromové vody  (roztok Br2)

– je-li přítomna násobná vazba, bromová voda se odbarví, protože po přidání bromové vody dojde k rozrušení násobných vazeb a jednotlivé atomy bromu naváží na uhlík

  • VÝROBA acetylenu

CaC2  +  2H2O            HCCH  +  Ca(OH)2          pozn.:  Vodíky se dají nahradit, soly jsou acetylidy.

karbid vápníku                     acetylen                

acetylid vápenatý

 

Acetilidy neboli karbidy – 3druhy:

  • alkalických kovů Na2C2
  • kovů alkalických zemin CaC2           reagují bouřlivě s vodou za vzniku
  • těžkých kovů Ag2C2        acetylenu, při vyšší teplotách jsou stálé

 

  • REAKCE

Typická vlastnost nenasycených uhlovodíků  Adice (především AE)

 

C2H2   +   H2O   H2SO4        H2C = CH     přesmyk                                   AN

acetylen                                vinylalkohol     OH                     acetaldehyd

(v bílé ocelové lahvi)         (nestálý)                             (stabilní)

 

Cl    Cl

2            1                                                                           

CH3 – C  CH +   Cl2               CH3 – C = CH  + Cl2         CH3 – C –  CH             AE

 

Cl    Cl                               Cl    Cl

1,2 dichlorpropen                1,1,2,2 tetrachlorpropan

Další reakce alkynů:

DIMERACE

2 CH  CH ® CH2=CH–CCH ® CH2=CH–CH= CH2

vinylacetylen                 H2                   but-1,3-dien         (polymerace -> buna)

                              1buten-3-yn

TRIMERACE

t = 400°C

3 CH  CH     ®

 

TETRAMERACE

t = 400°C                            CH=CH2

4 CH  CH     ®

vinylbenzen      (polymerace -> polystyren)

 

Zástupce: Acetylen

  • bezbarvý ply, bez zápachu, ve směsi se vzduchem vybuchuje
  • používá se při autogenním sváření (s kyslíkem vytváří speciální plamen)
  • pro výrobu acetaldehydu, vinylchloridu






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: