Charakterystyka wodoru i tlenu. - LOGIM.EDU.GORZOW.PL :: Strona

LCH 2 Zajęcia nr 27
Charakterystyka wodoru i tlenu.
1. Położenie wodoru w układzie okresowym pierwiastków – wodór jest jedynym
pierwiastkiem, który nie należy do żadnej rodziny pierwiastków. W układzie zapisuje się go w
pierwszej grupie nad litem, jednak jego właściwości jako niemetalu są bardzo odległe od
pozostałych litowców np. podczas tworzenia związków z niemetalami nie oddaje elektronu
jak pozostałe litowce lecz najchętniej uwspólnia elektron w wiązaniu kowalencyjnym dzięki
czemu uzyskuje dublet zgodny z regułą helowca.
2. Występowanie wodoru
a. jest to pierwiastek najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie, stanowi około 76%
znanej masy wszechświata.
b. Na Ziemi ten pierwiastek występuje już w znacznie mniejszych ilościach, zewnętrzna
warstwa skorupy ziemskiej grubości ok. 16 km zawiera 0,9% masowych wodoru.
Najbardziej rozpowszechnionym związkiem wodoru na Ziemi jest woda.
c. W przyrodzie wodór występuje w postaci 3 izotopów:
Prot
Deuter
Tryt
3. Metody otrzymywania wodoru
a. Przemysłowe
Zgazowanie węgla – działając parą wodną na rozżarzony koks
C + H2O  CO + H2
Elektroliza wody lub wodnego roztworu NaCl – tą metodą otrzymuje się
najczystszy wodór potrzebny w przemyśle spożywczym np. do utwardzania
olejów w procesach produkcji margaryn.
b. Laboratoryjne
Działając kwasem solnym na cynk
Zn + HCl  ZnCl2 + H2
Działając wodą na metale aktywne
2 Na + 2 H2O  2 NaOH + H2
4. Właściwości wodoru
a. Fizyczne – gaz bezbarwny, praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie jest najlżejszą
znaną substancją. Pod zwiększonym ciśnieniem wodór dobrze rozpuszcza się w wielu
metalach np. palladzie, platynie, żelazie, tworząc układy o składzie
stechiometrycznym lub niestechiometrycznym. W wodorkach metali ciężkich małe
atomy wodoru łatwo mieszczą się w lukach sieci krystalicznej pomiędzy dużymi
atomami metalu, taki układ ma charakter wiązania metalicznego.
b. Chemiczne
Wodór jest gazem palnym, pali się bladym niebieskim płomieniem, z
powietrzem oraz tlenem tworzy mieszaninę wybuchową, a podczas jej
zapłonu powstaje charakterystyczny dźwięk przypominający gwizd
Z niemetalami tworzy związki kowalencyjne np. H2O, H2S, HCl, NH3, CH4
Z metalami bloku s – tworzy związki jonowe zawierające jony H-, wyjątkiem są
beryl i magnez które z wodorem łączą się wiązaniem kowalencyjnym.
Z pozostałymi metalami tworzy połączenia o charakterze metalicznym
5. Występowanie tlenu – tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na kuli
ziemskiej, stanowi 21% objętościowych powietrza (23% masowych), woda zawiera 88%
masowych, a litosfera 47% masowych tlenu. Tlen występuje w postaci dwóch odmian
alotropowych
a. ditlen O2 – gaz bezbarwny, bez zapachu, cząsteczki dwuatomowe, budowę cząsteczki
tlenu tradycyjnie przedstawia się w następujący sposób:
O
O
Badania chemii kwantowej dowiodły że cząsteczka tlenu dwuatomowego ma nieco
odmienną budowę, można o tym przeczytad Na następującej stronie internetowej:
http://www.chemmix.artnet.pl/index.php?s1=02&s2=006&s3=008
b. tritlen O3 – ozon – ma cząsteczki trójatomowe, ostry zapach, niebieskawy kolor.
O
O
O
Jest odmianą nietrwałą, powstaje z ditlenu O2 w czasie wyładowao elektrycznych
bądź atmosferycznych (np. burza)
Niewielkie ilości ozonu powstają w górnych warstwach atmosfery otaczającej Ziemię
pod wpływem promieni nadfioletowych docierających ze Słooca. Ozon pełni w
stratosferze ważną funkcję, pochłania bowiem większośd promieni nadfioletowych i
chroni w ten sposób życie biologiczne przed skutkami nadmiernego promieniowania
(m. in. nowotworami skóry, zmianami klimatu).
Dewastacja środowiska naturalnego w ostatnich dziesięcioleciach nie oszczędziła
ozonu stratosferycznego – wywołała tzw. dziurę ozonową, czyli ubytek ozonu
spowodowany reakcjami jego rozkładu przez emitowane do atmosfery freony
(np. CFCl3, CF2Cl2). Związki te same rozkładają się pod wpływem światła
nadfioletowego z wytworzeniem rodników (wolnych atomów z niesparowanym
elektronem) – chloru atomowego, który reaguje
z ozonem:
Pojedynczy rodnik chloru zanim ulegnie deaktywacji może zniszczyd nawet 100 000
cząsteczek ozonu. W latach 90-tych ubiegłego wieku rozpoczęto stopniowe
wycofywanie freonów z użytkowania. Obecnie na świecie obowiązuje zakaz
użytkowania freonu, dzięki temu w ostatnich latach obserwuje się zmniejszenie
wielkości dziury ozonowej, jednak proces całkowitej odbudowy warstwy ozonowej
może potrwad nawet kilkadziesiąt lat.
6. Otrzymywanie tlenu:
a. W przemyśle – skraplanie powietrza i następnie destylację frakcyjną
b. W laboratorium:
elektroliza wody (z dodatkiem NaOH)
Termiczny rozkład niektórych soli:
7. Związki tlenu – z uwagi na wysoką elektroujemność tlen:
a. Z metalami tworzy tlenki o budowie jonowej zawierający anion O2-.
b. Z niemetalami tworzy wiązania kowalencyjne spolaryzowane, a przy jednoczesnym
utworzeniu wiązania z wodorem tworzy kwasy tlenowe.
c. Związki tlenu z wodorem –OH są odpowiedzialne z tworzenie wiązao wodorowych
pomiędzy cząsteczkami bardzo wielu związków chemicznych.