Најважније из лекције
Водоник (\(\text{H}_2\)): Најлакши гас, без боје и мириса; гори градећи воду (\(2\text{H}_2 + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O}\)); гради хидриде; користи се као гориво и за заваривање.
Кисеоник (\(\text{O}_2\)): Гас без боје и мириса, одржава дисање и горење; са другим елементима гради оксиде; процес сједињавања је оксидација (бурна = сагоревање, спора = рђање).
Озон (\(\text{O}_3\)): Троатомни облик кисеоника; штити од UV зрачења у озонском омотачу.
Електролиза воде: Реакција анализе којом се деловањем струје вода разлаже на водоник и кисеоник: \(2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2\).
Кисеоник (\(\text{O}_2\)): Гас без боје и мириса, одржава дисање и горење; са другим елементима гради оксиде; процес сједињавања је оксидација (бурна = сагоревање, спора = рђање).
Озон (\(\text{O}_3\)): Троатомни облик кисеоника; штити од UV зрачења у озонском омотачу.
Електролиза воде: Реакција анализе којом се деловањем струје вода разлаже на водоник и кисеоник: \(2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2\).
Водоник (\(\text{H}_2\)) је најзаступљенији хемијски елемент у свемиру (гради звезде попут Сунца и испуњава међупланетарни простор), док се на Земљи у слободном стању налази у саставу вулканских гасова.
Кисеоник (\(\text{O}_2\)) је најзаступљенији елемент на Земљи (у ваздуху чини око \(21\%\) запремине). Јавља се и у облику алотропске модификације озона (\(\text{O}_3\)), који у вишим слојевима атмосфере штити Земљу од штетног UV зрачења.
| Својство | Водоник (\(\text{H}_2\)) | Кисеоник (\(\text{O}_2\)) | Озон (\(\text{O}_3\)) |
|---|---|---|---|
| Агрегатно стање | Гасовито (собна температура) | Гасовито (собна температура) | Гасовито |
| Боја, мирис, укус | Без боје, мириса и укуса | Без боје, мириса и укуса | Бледоплаве боје, оштрог мириса |
| Густина | Најмања густина (око 14 пута лакши од ваздуха) | Нешто већа од густине ваздуха | Већа од густине кисеоника |
| Растворљивост у води | Слабо се раствара (неполарни молекул) | Слабо се раствара (довољно за водени свет) | Слабо се раствара |
Због слабе растворљивости у води и мање густине, гасови попут водоника и кисеоника могу се у лабораторији сакупљати истискивањем воде.
Зашто се рибе и други водени организми не угуше у води иако се кисеоник у њој слабо раствара?
Иако се кисеоник слабо раствара у води, количина раствореног кисеоника је сасвим довољна за дисање водених организама прилагођених таквим условима.
Електролиза воде је поступак разлагања воде на водоник и кисеоник помоћу једносмерне електричне струје. Овај процес представља реакцију хемијске анализе (разлагања).
\[ 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{електрична струја}} 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \]
Разлагањем 2 молекула воде настају 2 молекула водоника и 1 молекул кисеоника.
Остали начини добијања:
- Водоник: реакцијом неких метала (нпр. цинка) са киселинама (нпр. хлороводоничном киселином): \[ \text{Zn} + 2\text{HCl} \longrightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \]
- Кисеоник: термичким разлагањем једињења богатих кисеоником (нпр. жива(II)-оксида, \(\text{HgO}\)), издвајањем из течног ваздуха или у природи процесом фотосинтезе: \[ 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{светлост, хлорофил}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \]
Који се гас при електролизи воде издваја у дупло већој запремини и зашто?
Водоник се издваја у два пута већој запремини од кисеоника (\(V(\text{H}_2) : V(\text{O}_2) = 2 : 1\)), јер једначина реакције показује да на 2 мола водоника настаје 1 мол кисеоника.
Водоник је запаљив гас који сагорева мирним, светлоплавим пламеном спајајући се са кисеоником, при чему настаје вода (реакција синтезе).
\[ 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O} \]
Праскави гас: Смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\) паљењем бурно и тренутно реагује уз јак прасак (експлозију).
Хидриди су бинарна једињења водоника са другим хемијским елементима (металима или неметалима).
Примери настајања хидрида:
- Реакција са неметалом (хлором): \[ \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow 2\text{HCl} \quad (\text{хлороводоник}) \]
- Реакција са неметалом (азотом): \[ 3\text{H}_2 + \text{N}_2 \longrightarrow 2\text{NH}_3 \quad (\text{амонијак}) \]
- Реакција са металом (натријумом): \[ 2\text{Na} + \text{H}_2 \longrightarrow 2\text{NaH} \quad (\text{натријум-хидрид}) \]
Одреди тип хемијске реакције спајања водоника и хлора у хлороводоник.
Реакција \(\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow 2\text{HCl}\) је реакција синтезе (спајања два проста супстанцијална облика у једно сложеније једињење).
Кисеоник не гори, али је неопходан за горење јер подржава горење.
Оксидација је хемијска реакција сједињавања неке супстанце са кисеоником.
Оксиди су једињења елемената (метала и неметала) са кисеоником.
1. Сагоревање (бурна оксидација): Брза хемијска реакција праћена ослобађањем велике количине топлоте и светлости (пламен).
Примери: \[ \text{S} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{SO}_2 \quad (\text{сумпор(IV)-оксид}) \] \[ 2\text{Mg} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{MgO} \quad (\text{магнезијум-оксид}) \] \[ \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 \quad (\text{угљеник(IV)-оксид, потпуно сагоревање}) \] \[ 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \quad (\text{угљеник(II)-оксид, непотпуно сагоревање}) \]
Примери: \[ \text{S} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{SO}_2 \quad (\text{сумпор(IV)-оксид}) \] \[ 2\text{Mg} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{MgO} \quad (\text{магнезијум-оксид}) \] \[ \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 \quad (\text{угљеник(IV)-оксид, потпуно сагоревање}) \] \[ 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \quad (\text{угљеник(II)-оксид, непотпуно сагоревање}) \]
2. Рђање / труљење (спора оксидација): Процес који се одвија споро, при чему се топлота ослобађа постепено и нема појаве пламена (нпр. рђање гвожђа на влажном ваздуху).
Напиши једначину реакције сагоревања калцијума (\(\text{Ca}\)) при чему настаје калцијум-оксид (\(\text{CaO}\)).
\[ 2\text{Ca} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CaO} \]
Примена водоника:
- Као еколошко и ракетно гориво (јер сагоревањем настаје само вода уз ослобађање велике количине енергије).
- За заваривање и сечење метала (водонично-кисеонични пламеник).
- Као важна сировина у хемијској индустрији (производња амонијака, хлороводоничне киселине, маргарина).
Примена кисеоника:
- У медицини, ронилаштву, ваздухопловству и астронаутици (боце за дисање).
- У металургији и индустрији за интензивирање процеса сагоревања и производњу челика.
- За аутогено заваривање и сечење метала.
- Као оксидационо средство код ракетних мотора.
Зашто се водоник сматра горивом будућности са еколошког аспекта?
Зато што његовим сагоревањем не настају штетни гасови попут угљен-диоксида или чађи, већ је једини производ чиста вода (\(\text{H}_2\text{O}\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Допуни следеће тврдње:
а) Смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\) назива се ______________ гас.
б) Једињења елемената са кисеоником називају се ______________, а са водоником ______________.
в) Разлагање воде помоћу електричне струје назива се ______________.
а) Смеша водоника и кисеоника у запреминском односу \(2 : 1\) назива се ______________ гас.
б) Једињења елемената са кисеоником називају се ______________, а са водоником ______________.
в) Разлагање воде помоћу електричне струје назива се ______________.
а) праскави
б) оксиди, хидриди
в) електролиза воде
б) оксиди, хидриди
в) електролиза воде
Задатак 2 (средњи): Састави и изједначи једначине следећих хемијских реакција и одреди да ли припадају синтези или анализи:
а) Сагоревање алуминијума (\(\text{Al}\)) при чему настаје алуминијум-оксид (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)).
б) Термичко разлагање жива(II)-оксида (\(\text{HgO}\)) на живу (\(\text{Hg}\)) и кисеоник (\(\text{O}_2\)).
а) Сагоревање алуминијума (\(\text{Al}\)) при чему настаје алуминијум-оксид (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)).
б) Термичко разлагање жива(II)-оксида (\(\text{HgO}\)) на живу (\(\text{Hg}\)) и кисеоник (\(\text{O}_2\)).
а) \[ 4\text{Al} + 3\text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3 \]
Тип реакције: синтеза (спајање).
б) \[ 2\text{HgO} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Hg} + \text{O}_2 \] Тип реакције: анализа (разлагање).
б) \[ 2\text{HgO} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Hg} + \text{O}_2 \] Тип реакције: анализа (разлагање).
Задатак 3 (средњи): Упореди физичка и хемијска својства обичног кисеоника (\(\text{O}_2\)) и озона (\(\text{O}_3\)). Наведи барем две сличности и две разлике.
Сличности:
1. Обоје су изграђени искључиво од атома истог елемента – кисеоника (алотропске модификације).
2. Оба гаса се слабо растварају у води и налазе се у атмосфери Земље.
Разлике:
1. \(\text{O}_2\) је двоатоман гас без боје и мириса, док је \(\text{O}_3\) троатоман гас бледоплаве боје и оштрог, карактеристичног мириса.
2. \(\text{O}_2\) је неопходан за дисање живих бића, док је \(\text{O}_3\) при тлу штетан и отрован за дисајне органе.
1. Обоје су изграђени искључиво од атома истог елемента – кисеоника (алотропске модификације).
2. Оба гаса се слабо растварају у води и налазе се у атмосфери Земље.
Разлике:
1. \(\text{O}_2\) је двоатоман гас без боје и мириса, док је \(\text{O}_3\) троатоман гас бледоплаве боје и оштрог, карактеристичног мириса.
2. \(\text{O}_2\) је неопходан за дисање живих бића, док је \(\text{O}_3\) при тлу штетан и отрован за дисајне органе.
Задатак 4 (тежак): Посматрамо две затворене стаклене посуде: испод прве се налази само упаљена свећа, а испод друге се поред упаљене свеће налази и здрава зелена биљка на дневној светлости.
а) У којој посуди ће свећа дуже горети и зашто?
б) Који хемијски процеси троше, а који стварају кисеоник у овом огледу?
а) У којој посуди ће свећа дуже горети и зашто?
б) Који хемијски процеси троше, а који стварају кисеоник у овом огледу?
а) Свећа ће дуже горети испод друге посуде (са биљком).
б)
б)
- Сагоревање свеће троши кисеоник и производи угљен-диоксид и воду.
- Фотосинтеза коју зелена биљка врши на светлости користи угљен-диоксид и воду, а ослобађа нови кисеоник, чиме продужава време горења свеће.
