Vodonik je najrasprostranjeniji element u svemiru. Zvezde su sastavljene uglavnom od vodonika (maseni udeo vodonika u svemiru je oko 90%)

Po broju atoma u Zemljinoj kori vodonik je na trećem mestu posle kiseonika i silicijuma, - po masi na jedanaestom mestu.

Elementarni vodonik nalazi se samo u najvišim slojevima atmosfere i kao sastavni deo vulkanskih gasova.

Engleski hemčar Henry Cavendish (1731–1810) izolovao je 1766 godine čist vodonik

‘hydro genes’ - onaj koji formira vodu

Položaj vodonika u periodnom sistemu elemenata

1H 1s1

1 grupa 17 grupa

1s1

X X

Oksidaciono stanje: +1 -1

H (1s1) H+ (1s0) H¯ (1s2)

Fizičke i hemijske osobine vodonika

Kovalentni radijus

(nm)

Jonski radijus (nm) Tt (ºC) Tk (ºC)

Energija jonizacije

(eV)

Elektro-

negativ-

nost

Redoks

potencijal

(V)

Energija

veze H2

(kJ/mol) H¯

0,029 0,208 -259 -253 13,6 2,1 0,0 435

Dobijanje vodonika:1. Laboratorijsko dobijanje vodonika

1.1. Reakcija metala i kiseline:

Zn(s) + 2H+ Zn2+ + H2(g)

O O+1

2H+ + 2e- H2(g)

E02H+/H2 = 0,0 V [a(H+) = 1 mol/dm3]

Zn2+ + 2e- Zn(s)

E0Zn2+/Zn =-0,76 V

u vodi

2H+(1,00.10-7 mol/dm3) + 2e- H2(g) (101,325 kPa)

E = E0 + 0,059 V . log[H+] = -0,41 V

2Na(s) + 2H2O 2Na+ + 2OH- + H2(g)O O+1

1.2. Reakcija hidrida metala i vode:

2Al(s) + 6H2O + 2OH- 2Al(OH)4 + 3H2(g)

Zn(s) + 2H2O + OH- Zn(OH)3 + H2(g)

1.3. Reakcija alkalnih hidroksida i nekih metala (koji imaju negativan redoks-potencijal)

2H2O + CaH2(s) 2H2(g) + Ca2+ + 2OH-+1 -1 O

H+ + H- H2(g)

1.4. Elektroliza vode:

Katoda: 4H2O + 4e- 2H2(g) + 4OH-

Anoda: 4OH- O2(g) + 2H2O + 4e-

Ukupna reakcija: 2H2O 2H2(g) + O2(g)

redukcija

oksidacija

H2(g) se izdvaja na negativnoj elektrodi (katoda)

O2(g) se izdvaja na pozitivnoj elektrodi (anoda)

Stehiometrijski odnos dobijenih gasova je 2:1(H2:O2)

katodaanoda

MOH

2. Industrijsko dobijanje vodonika

2.1. Krekovanje (piroliza) ugljovodonika:

C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) rH = 214,4 kJ/mol

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) rH = -801,6 kJ/mol

1100oC

2.2. Redukcija vodene pare sa ugljenikom:

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) rH = 131,25 kJ/mol

C(s) + O2(g) CO2(g) rH = -393 kJ/mol

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

Vodeni gas – CO + H2

rH = 41,4kJ/mol

t = 450oC

1100oC

Fe2O3

2.3. Elektroliza vodenog rastvora NaCl:

2 NaCl + 2 H2O → 2 Na+ + 2 OH¯ + H2(g) + Cl2 (g)

H2 je veoma čist i koristi se za hidrogenizaciju ulja

Osobine vodonika:

Na sobnoj temperaturi vodonik je gas

- bez boje

- bez mirisa i ukusa

Dvoatomni molekul

H2(g) 2H(g) rH = 435,1 kJ/mol

H H

Tt (ºC) Tk (ºC)

-259 -253

- najjača jednostruka veza

1s 1s

1s

1s

HH

en

erg

ija

H H

red veze = 1

Jedinjenja vodonikaOksidaciono stanje: +1 -1

H (1s1) H+ (1s0) H¯ (1s2)

1. Jedinjenja vodonika sa negativnim oksidacionim stanjem (-1):

HIDRIDI

HIDRIDI SONOG KARAKTERA (jonski hidridi)

METALNI HIDRIDI

KOVALENTNI HIDRIDI

-Hidridi jonskog tipa2M(l) + H2(g) 2MH(s)

M(l) + H2(g) MH2(s)

p = 101,325 kPa

t = 300 – 700oC

LiH

NaH

KH

RbH

CsH

CaH2

SrH2 BaH2

-u reakciji sa vodom izdvaja se vodonik

Primer:

2NaH + 2H2O → 2NaOH + H2(g)

H- + H2O H2(g) + OH-

LiH

SrH2

BaH2

} vrlo burna reakcija sa vodomNaH

CsH

} burna reakcija sa vodom

CaH2 } umerena reakcija sa vodom

4LiH + AlCl3 Li(AlH4) + 3LiCl

M + Al + 2H2 M(AlH4)

-Hidridi metalnog karaktera

-hidridi lantanida i aktinida

najvažniji hidridi sonog karaktera su NaH, LiH i CaH2

-Kovalentni hidridi

- hidridi bora (BH3, B2H6…..)

- hidridi aluminijuma (AlH3)

- hidridi berilijuma (BeH2)

3LiH + AlCl3 AlH3(s) + 3LiCl

2. Jedinjenja vodonika sa pozitivnim oksidacionim stanjem (+1):

- katalizator Pt- temperatura 600oC eksplozija - praskavi gas

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) rH = -483,6kJ/mol

O2

H2

Daniellov plamenik koristi se za autogeno zavarivanje t = 2700 oC

makroskopski izgled

T (ºC) V (cm3) m (g)

10 1 0,997

4 1 1,000

0 1 0,917

t = 500oC

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) rH = -92 kJ/mol

o o -3 +1

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

CuO9s) + H2(g) Cu(s) + H2O

o

o

+2

+1

-2 +1 +1ZnO

Upotreba vodonika:

u industriji za sintezu amonijaka

hidrogenizaciju ulja i ugljenika

za sintezu HCl

vodeni gas – važno gorivo

autogeno zavarivanje

za punjenje balona

redukciono sredstvo

Izotopi vodonika

2

H (D)1

1

H1

3

H (T)1

protijum

deuterijum

tricijum

- protijuma u vodi ima 5000 puta više u odnosu na deuterijum i 1 x 1017 puta više u odnosu na tricijum

Kw(H2O) = 1x10-14 mol2/dm6

Kw(D2O) = 0,2x10-14 mol2/dm6