Vodík

Vodík, H, je nejlehčí prvek. Ve vesmíru se jedná o nejrozšířenější prvek. Je to plyn, bez barvy, chuti a zápachu. Se vzduchem (lépe s kyslíkem) tvoří výbušnou směs, tzv. třaskavý plyn. Za laboratorní teploty se slučuje pouze s fluorem, a to za výbuchu. Vyšší reaktivitu vykazuje vodík za zvýšené teploty.

Vlastnosti vodíku
Atomové číslo 1 Počet stabilních izotopů 2
Atomová hmotnost 1,008 Elektronová konfigurace 1s1
Teplota tání [°C] -259,125 Teplota varu [°C] -252,882
Elektronegativita 2,1 Hustota [kg.m-3] 0,0899

Ve sloučeninách s elektronegativnějšími prvky vytváří tzv. vodíkové vazby, klasickým příkladem je voda, která má díky vodíkovým vazbám podstatně vyšší teplotu varu než by odpovídalo trendu ve skupině chalkogenů.

Na Zemi je molekulární vodík poměrně vzácný, vyskytuje se hlavně v blízkosti aktivních sopek. Vodík je ale třetím nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Ve vesmíru je vodík nejrozšířenějším prvkem, nachází se v hvězdách a obřích plynových planetách.

Vodík je v chemii velmi důležitý prvek, v protických roztocích vyjadřujeme koncentraci vodíkového kationtu pomocí stupnice pH.

Výroba a příprava

Průmyslově se vodík vyrábí rozkladem zemního plynu při teplotě 1000 °C.
CH4 → C + 2 H2

Lze jej získat i destilací zkapalněného koksárenského plynu nebo svítiplynu, které se získávají při koksování uhlí.

Čistý vodík lze vyrobit i elektrolýzou okyselené destilované vody:
2 H2O → 2 H2 + O2

V laboratoři se nejčastěji připravuje reakcí kovů s minerálními kyselinami, např.:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

Příp. se i v laboratorním měřítku dá využít elektrolýza vody.

Ortho-vodík a para-vodík

Vodík tvoří dvouatomové molekuly, jelikož má atom vodíku nenulový jaderný spin, existují u něj dva jaderně-spinové izomeryortho–vodík, kde mají obě jádra spiny paralelní, takže výsledný spin je 1 a para-vodík, s nulovým výsledným jaderným spinem. Přechod mezi izomery je možný triplet-singletovým přechodem, který je zakázaný, proto probíhá pomalu. Je ale možné ho katalyzovat např. palladiem nebo platinou. Za nižších teplot je pravděpodobnější vznik para-vodíku, se stoupající teplotou roste i koncentrace ortho-vodíku.[7]

Teplota [K] Koncentrace para-vodíku [%]
10 99,9999
20 99,821
50 77,054
100 38,620
200 25,974
300 25,072

NMR

Vodík tvoří tři NMR aktivní izotopy. Nejčastěji se využívá 1H NMR, protože jeho zastoupení je téměř 100 %, má vysokou citlivost a vyskytuje se ve velkém množství sloučenin. Deuterium 2H (D) se využívá hlavně k tzv. lockování – kompenzaci driftu magnetického pole supravodivého magnetu. Tritium 3H (T) je jediné jádro, které má v daném poli vyšší rezonanční frekvenci než protonové jádro. Ale vzhledem k jeho malému výskytu a radioaktivitě se příliš nevyužívá.

1H 2H 3H
Spin 1/2 1 1/2
Zastoupení v přírodě [%] 99,98 0,02 0,0000000000000003
Citlivost vzhledem k 1H 1 0,00965 1,21354
Rezonanční frekvence v poli 1 T 42,5775 6,5359 45,4148

1H NMR posuny

Látka Chemický posun [ppm]
Cyklopropan C3H6 0,2
Aminy C-NH2 1-5
Alkoholy -C-OH 1-5,5
Acetyleny C≡C-H 2-3
Iodidy I-C-H 2-4
Benzyl Ar-C-H 2,2-3
Bromidy Br-C-H 2,5-4
Chloridy Cl-C-H 3-4
Fenoly Ar-OH 4-12
Fluoridy F-C-H 4-4,5
Vinyly C=C-H 4,6-5,9
Aromatické protony Ar-H 6-8,5
Aldehydy C-C(H)O 9-10
Karboxylové kyseliny RCOOH 10,5-12
Enoly C=C-OH 15-17

Odkazy

  1. http://chem.ch.huji.ac.il/nmr/techniques/1d/row1/h.html
  2. Vodík na české wikipedii
  3. Vodík na anglické wikipedii
  4. Protonové NMR na wikipedii
  5. Proton NMR
  6. 2H NMR on a Bruker AVANCE Spectrometer
  7. https://www.bnl.gov/magnets/staff/gupta/cryogenic-data-handbook/Section3.pdf
  8. Scientists are closing in on turning hydrogen into a metal

Navigace

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

One thought on “Vodík

  1. Pingback: 2D MXeny – nová rodina katalyzátorů – Blog a web o chemii, elektronice a programování

Leave a Reply