Најважније из лекције
Водоник (\(\text{H}_2\)): Најлакши гас, без боје и мириса, слабо растворан у води, изразито запаљив.
Добијање: У лабораторији реакцијом метала и киселине (\(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\)), а индустријски електролизом воде и прерадом нафте/угља.
Праскави гас: Смеша \(2\text{H}_2 : 1\text{O}_2\); паљењем бурно реагује дајући воду уз ослобађање велике енергије.
Примена: Производња хемикалија (\(\text{NH}_3, \text{HCl}\)), маргарина, високотемпературно заваривање, ракетни погон и потенцијално чисто гориво будућности.
Добијање: У лабораторији реакцијом метала и киселине (\(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\)), а индустријски електролизом воде и прерадом нафте/угља.
Праскави гас: Смеша \(2\text{H}_2 : 1\text{O}_2\); паљењем бурно реагује дајући воду уз ослобађање велике енергије.
Примена: Производња хемикалија (\(\text{NH}_3, \text{HCl}\)), маргарина, високотемпературно заваривање, ракетни погон и потенцијално чисто гориво будућности.
Водоник се у лабораторији најчешће добија реакцијом метала (као што је цинк) и разблажених киселина (као што је хлороводонична киселина).
\[ \text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow \]
Реакција цинка и хлороводоничне киселине при којој се ослобађа гасовити водоник
У индустријским размерама водоник се добија:
- електролизом воде
- прерадом нафте
- превођењем водене паре преко загрејаног угља
Који производи настају када цинк реагује са хлороводоничном киселином?
Настају цинк-хлорид (\(\text{ZnCl}_2\)) и гасовити водоник (\(\text{H}_2\)).
Физичка својства: На собној температури и атмосферском притиску водоник је безбојан гас, нема мирис, има мању густину од ваздуха (лакши је од ваздуха) и веома се слабо раствара у води јер је његов двоатомни молекул (\(\text{H}_2\)) неполаран.
Хемијска својства: Водоник је веома запаљив гас. Сагорева у присуству кисеоника уз ослобађање велике количине енергије.
Праскави гас: Смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\). Изузетно је експлозивна и лако се пали уз карактеристичан прасак.
\[ 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \]
Реакција сагоревања водоника (експлозија праскавог гаса)
Водоник се складишти под високим притиском у челичним боцама. Због велике опасности од настанка експлозивног праскавог гаса, строго је забрањено чувати боце водоника и боце кисеоника у истој просторији.
Водоник је биогени елемент и има три изотопа: протијум (\(^1_1\text{H}\)), деутеријум (\(^2_1\text{H}\)) и трицијум (\(^3_1\text{H}\)).
Водоник лако реагује са неметалима градећи важна ковалентна једињења, међу којима су најзначајнији вода (\(\text{H}_2\text{O}\)), хлороводоник (\(\text{HCl}\)) и амонијак (\(\text{NH}_3\)).
\[ \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl} \]
водоник + хлор \(\rightarrow\) хлороводоник
\[ 3\text{H}_2 + \text{N}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3 \]
водоник + азот \(\rightarrow\) амонијак
Колико је мола молекула водоника потребно за реакцију са једним молом молекула азота да би се добио амонијак?
Према једначини реакције \(3\text{H}_2 + \text{N}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3\), за реакцију са \(1\text{ mol }\text{N}_2\) потребна су \(3\text{ mol }\text{H}_2\).
Хемијска индустрија: Користи се као сировина за синтезу амонијака, хлороводоничне киселине, алкохола, као и за индустријско очвршћавање биљних уља при производњи маргарина (хидрогенизација).
Техника и енергетика: Захваљујући високој топлоти сагоревања, користи се за аутогено заваривање и сечење метала, као и ракетно гориво. Због мале густине користи се за пуњење метеоролошких балона.
Еколошко гориво будућности: Сагоревањем водоника настаје само чиста вода (\(\text{H}_2\text{O}\)), без емисије штетних гасова и угљен-диоксида. Главне препреке широј употреби су висока цена добијања, тешкоће безбедног складиштења и транспорта, као и лака запаљивост.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Наведите барем три физичка својства гасовитог водоника на собној температури.
Водоник је на собној температури:
- безбојан гас
- гас без мириса
- мање густине од ваздуха (лакши од ваздуха)
- слабо растворан у води
Задатак 2 (средњи): Шта је праскави гас, у ком се запреминском односу налазе његове компоненте и зашто се водоник и кисеоник не смеју чувати заједно?
Праскави гас је експлозивна смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\). Боце ових гасова се не смеју држати у истој просторији јер би њихово евентуално цурење створило ову смешу, која при паљењу бурно експлодира и ослобађа велику енергију.
Задатак 3 (средњи): Напишите једначине хемијских реакција:
а) Добијања водоника реакцијом цинка и хлороводоничне киселине;
б) Синтезе хлороводоника спајањем елемената.
а) Добијања водоника реакцијом цинка и хлороводоничне киселине;
б) Синтезе хлороводоника спајањем елемената.
а) \(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow\)
б) \(\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}\)
б) \(\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}\)
Задатак 4 (тежак): Зашто се водоник сматра еколошки идеалним горивом у поређењу са фосилним горивима, и који су главни технички проблеми који ограничавају његову масовну употребу?
Водоник је еколошки идеалан јер једини производ његовог сагоревања јесте вода (\(2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}\)), чиме се потпуно избегава настанак угљен-диоксида (\(\text{CO}_2\)) и других загађивача ваздуха.
Главни проблеми за масовну примену су:
Главни проблеми за масовну примену су:
- Висока цена производње чистог водоника.
- Тешкоће складиштења и транспорта под високим притиском или на веома ниским температурама.
- Изузетно велика запаљивост и експлозивност у контакту са ваздухом.
