Gas bez boje i mirisa. Najlakši je od svih poznatih elemenata. Na zemlji se veoma retko nalazi u slobodnom stanju, ali zato gradi veliki broj jedinjenja. Burno sagoreva u vazduhu gradeći vodu. Ima specifičnu poziciju u PSE. Prema elektronskoj konfiguraciji pripada grupi alkalnih metala, dok prema osobinama i broju elektrona koji mu nedostaju može da se svrsta u halogene (sa manjom reaktivnošću).

Osnovne osobine

atomski broj: 1 Ar: 1,008

grupa: 1

perioda: K

blok: s

osobine: nemetal

agregatno stanje: gas

T.K: 20,28 K

T.T: 14 K

gustina: 0,089g/cm3

elektronegativnost: 2,1

otkriće: H. Cavendish, 1766.

lat. naziv: hidrogenium

oksidaciona stanja: +1, -1

raspored elektrona po nivoima: 1

elektronska konfiguracija: 1s1

atomski poluprečnik: 21 pm

indeks prelamanja svetlosti: 1,00013

brzina zvuka: 1310 m/s

jacina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):

o H-H, 454

o C-H, 411

o N-H, 390

o Cl-H, 431

o O-H, 461

izotopi:

1. protijum (H)

masa: 1

zastupljenost u prirodi: 98,91%

raspad: stabilan

2. deuterijum (D)

masa: 2

zastupljenost u prirodi: 1,1%

raspad: stabilan

3. tricijum (T)

masa: 3

zastupljenost u prirodi: u tragovima

raspad: beta-

vreme poluraspada: 10,23 godine

raspada se na: He-3

 

Dobijanje

Vodonik čini 75% mase i 90% broja atoma u vasioni. Na zemlji je njegov glavni izvor voda. Iz vode se dobija elektrolizom. Elektroliza se sprovodi uz prisustvo nešto sumporne kiseline kao elektrolita.

2H+ + 2e- -> 2H -> H2

 

O2- -> O + 2e- ->1/2O2

Ili zbirno:

H2O -> H2 + 1/2O2

Vodonik se još tehnički dobija prelaskom vodene pare preko užarenog koksa (10000C).

C + H2O -> CO + H2

 

CO + H2O -> CO2 + H2

Oba tehnička procesa dobijanja vodonika se zasnivaju na redukciji vode. Takođe ponekad se koristi i zagrejano gvožđe (7000C).

Fe + H2O -> FeO + H2

Drugi postupci su laboratorijski.

1. delovanje vode na alkalne i reaktivnije zemnoalkalne metale:

2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2

2. delovanjem kiselina na metale (osim Cu, Ag, Au...):

Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2

3. delovanjem baza na neke metale:

Zn + 2KOH + H2O -> H2 + K2Zn(OH)4

Reakcije

Vodonik je reaktivan element i vrlo dobro redukciono sredstvo. Gori pri 7000C ili u prisustvu katalizatora - aceptora vodonika (Pt, Pd), supstanci koje veoma dobro adsorbuju vodonik.

Direktno može reagovati sa halogenima, sumporom i azotom pri određenim uslovima (svetlo, temperatura, pritisak). Reakcije sa halogenima se odvijaju teže povećanjem atomske težine halogena.

H2 + F2 -> 2HF

 

H2 + S -> H2S

 

3H2 + N2 -> 2NH3

Sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima gradi hidride.

2Li + H2 -> 2LiH

Njegova reduktivna moć dolazi do izražaja u mnogim reakcijama.

Fe2O3 + H2 -> FeO + H2O

Primena

Vodonik se upotrebljavao za punjnje balona, kao lakši od vazduha, ali je zamnjen helijumom zbog reaktivnosti. Dans se koristi za autogeno zavarivanje (pri kom se toplota oslobađa iz reakcije vodonika u struji čistog kiseonika. Upotrebljava se dalje za hidrogenizaciju biljnih ulja (nezasićene masne kiseline se zasićuju - katalizatori su aceptori vodonika), dobijanje amonijaka i metanola (reakcija sa CO pri 200atm i 3000C).

CO + 2H2 -> CH3OH

 

Takođe, vodonik nalazi primenu u metalurgiji kao redukciono sredstvo. Grejanjem oksida metala i vodonika izdvaja se elementarni metal.

Fe3O4 + 4H2 -> 3Fe + 4H2O

Teži izotopi vodonika mogli bi u budućnosti da budu osnovni izvori energije. Kako dolaze u znatnijim količinama u svakoj vodi, njihov izvor je neiscrpan. Velika količina energije oslobađa se u fuzionoj nuklearnoj reakciji između deuterijuma i tricijuma (nastaje izotop helijuma), ali veliki je problem postizanje visokih temperatura i pritisaka, pri kojima se plazma teško održava.

D + T -> He-4 + n0 + energija

Jedinjenja

Vodonik ulazi u veliki broj organskih (retka su organska jedinjenja bez vodonika) i neorganskih jedinjenja. Njegovo najvažnije jedinjenje je voda.

Spajanjem direktno sa elementima daje hidride, koji mogu biti hidridi nemetala (halogenvodonici, H2O, H2S, NH3, PH3, AsH3) ili hidridi nemetala u kojima je njegov oksidacioni broj -1.

Ulazi u sastav nekih soli (kisele i bazne), kiselina i baza. Od drugih njegoih jedinjenja veći značaj ima vodonik-peroksid (H2O2).

Vodonik-peroksid (vodik-peroksid)

Vodonik-peroksid je neorgansko jedinjenje vodonika i kiseonika. Poznat je i pod drugim imenima - vodonik-superoksid (vodik-superoksid, vodik-peroksid), hidrogen-peroksid, ili samo superoksid, peroksid, hidrogen. Često se poistovećuje sa ,,hidrogenom" za kosu, ali je takav hidrogen zapravo vodeni rastvor H2O2 (ili H2O2 vezan uz druga jedinjenja koja ga čine stabilnijim).

Osobine

molekulska formula: H2O2

Mr: 34,01

naziv po IUPAC-u: vodonik peroksid

T.K. (oC): 152

T.T. (oC): -0,43

gustina (g/cm3): 1,463

rastvorljivost: polarni rastvarači

standardna entalpija stvaranja (lq): -187,78

boja: plavičasta, sirupasta tečnost

Vodonik-peroksid je nestabilno jedinjenje i raspada se na povišenoj temperaturi ili u prisustvu katalizatora (MnO2, plemeniti metali):

H2O2 -> H2O + O

2O -> O2

Vodonik-peroksid je zbog postojanja dve polarne O-H veze slaba dvobazna kiselina (pK1=11,64). Gradi soli perokside (BaO2, Na2O2, peroksidni anjon je O2

2-).

Kiseonik u vodonik-superoksidu ima oksidacioni broj -1, pa je H2O2 dobro oksidaciono sredstvo. Vodonik-peroksid se kvalitativno dokazuje reakcijom sa TiO2 u kojoj dolazi do oksidacije belog TiO2 u narandžasti kompleks sa Ti6+ jonom.

H2O2 + TiO2 + 2H2SO4 -> H2[TiO2(SO4)2] + 2H2O

Vodonik peroksid lako oksiduje mnoge supstance - HNO2 u HNO3, H2SO3 u H2SO4, Fe2+ u Fe3+, I- u I2...

Vodonik-peroksid je ipak može oksidovati dejstvom jačih oksidacionih sredstava, kao što je atomski kiseonik koji se oslobađa pri reakciji sa KMnO4 (u kiseloj sredini) koja služi za kvantitativno dokazivanje H2O2.

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 -> K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2

Dobijanje

Nekada se vodonik-peroksid dobijao neorganskim reakcijama, iz barijum-peroksida ili persumporne kiseline:

2BaO + O2 -> 2BaO2 (na 500oC)

BaO2 + H2SO4 -> BaSO4 + H2O2

2H2SO4 + O -> H2S2O8 + H2O (anodna oksidacija sumporne kiseline)

H2S2O8 + 2H2O -> 2H2SO4 + H2O2

Danas se H2O2 dobija organskim procesom. 2-etil-9,10-dihidroksiantracen se oksiduje vazdušnim kiseonikom u 2-etilantrahinon i vodonik-peroksid. 2-etilantrahinon se zatim katalitičkom hidrogenizacijom redukuje u 2-etil-9,10-dihidroksiantracen i proces teče u krug.

Primena

Vodonik peroksid se koristi za beljenje kose, vune, kože, svile, pamuka, za osvežavanje slika, dezinfekciju rana zbog male cene i velike oksidacione moći.

Njegova osobina da se raspada dajući nascentni kiseonik iskorišćena je za sagorevanje raketnog goriva.