Wodór

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku s układu okresowego. Jest to najprostszy możliwy pierwiastek o liczbie atomowej 1, rozpoczynający układ okresowy. Jest również podstawowym pierwiastkiem w szeregu aktywności metali.
Występuje w postaci dwóch stabilnych izotopów 1H (prot) i 2H (deuter, oznaczany również symbolem D) oraz jednego niestabilnego – 3H (tryt, oznaczany również symbolem T). Ze względu na to, że jeden z izotopów stabilnych ma dwukrotnie większą masę od drugiego, różnią się one właściwościami fizycznymi.

Wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Na Ziemi występuje w postaci cząsteczkowej w niezbyt dużych ilościach (0,9% w górnych warstwach atmosfery), natomiast duże ilości wodoru występują w postaci związków chemicznych (głównie jest to woda).
Wchodzi w skład wielu ważnych związków chemicznych: wody, kwasów, zasad i większości związków organicznych.
Wodór w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych H2 tworząc wodór molekularny.

Kation wodorowy
Kation wodorowy H+ jest w istocie równoważny protonowi. W stanie wolnym występuje on jedynie w próżni, gdyż jest on niezwykle reaktywny. W roztworach wodnych kation ten jest natychmiast solwatowany do jonu hydroniowego H3O+. Czasami, w uproszczeniu, w równaniach dysocjacji elektrolitycznej pomija się ten fakt podając jako produkt kation wodorowy, co zupełnie mija się z prawdą. Z tego względu współcześnie przyjmuje się, że skala skala pH jest miarą stężenia jonów hydroniowych a nie wodorowych.

Właściwości Chemiczne
Wodór jest pod wieloma względami pierwiastkiem wyjątkowym. Do jego unikalnych cech należy zdolność tworzenia związków przez oddanie lub przyłączenie elektronu. Pierwiastki, które tworzą związki przez oddawanie elektronów, są uważane za elektrododatnie; występują one w lewej części układu okresowego pierwiastków.
Natomiast pierwiastki, które przyłączają elektrony tworząc związki, są określane jako elektroujemne i występują w prawej części układu okresowego. Wodór jest jedynym pierwiastkiem, który może zarówno oddawać, jak i przyłączać elektrony; można go umieścić w grupie IA (elektrododatniej) lub grupie VIIA (elektroujemnej).
Wodór tworzy z regułu cząsteczki złożone z dwóch atomów (dwuatomowe), przypisuje mu się więc symbol H2.
Istnieją dwa typy cząsteczek H2, ortowodór i parawodór. W cząsteczce ortowodoru dwa protony obracają się w tym samym kierunku, w cząsteczce parawodoru - w kierunkach przeciwnych.
Otrzymywanie
Na skalę przemysłową wodór otrzymuje się dwiema metodami:
Poprzez konwersję metanu z parą wodną

Poprzez konwersję węglowodorów zawartych w ropie naftowej z parą wodną


W laboratorium można go otrzymać na kilka sposobów:
W reakcji kwasu solnego z magnezem...

...lub cynkiem

W reakcji płonącego magnezu z parą wodną:

lub po prostu w reakcji kwasu z metalem nieszlachetnym[1]:
kwas + metal → sól + wodór


Występowanie i zastosowanie
_____Prawie 2/3 wytwarzanej obecnie przez przemysł ilości wodoru wykorzystuje się do produkcji amoniaku metodą Habera. Dużo wodoru zużywa również przemysł spożywczy do uwodorniania prostych olejów roślinnych. Takie produkty jak margaryna i sosy do sałatek są znacznie zdrowsze niż ich odpowiedniki otrzymywane z tłuszczów zwierzęcych. Niewielkie ilości ciekłego wodoru stosuje się jako paliwo rakietowe.
_____Wodór to pierwiastek najbardziej rozpowszechniony w poznanym już Wszechświecie, a związki wodoru są najbardziej rozpowszechnionymi związkami na Ziemi. Wszelka materia biologiczna - od najprostszych składników cząsteczki DNA do złożonej struktury ludzkiej tkanki mózgowej - zawiera związki wodoru. Oprócz tych substancji biochemicznych chemia organiczna obejmuje wielką liczbę związków zawierających węgiel i wodór, np. węglowców.
_____Kwas borowy, H3BO3, ma postać lekkich, bezbarwnych łusek. Jest stosowany w kosmetyce i medycynie.
_____Kwas chlorowodorowy, zwyczajowo nazywany kwasem solnym, wodny roztwór chlorowodoru HCl, jest szeroko stosowany w laboratorium, przemyśle i medycynie
_____Kwas solny występuje również w przyrodzie; jest obecny w ludzkim żołądku. Ten "kwas żołądkowy" nie trawi, lecz umożliwia wytwarzanie enzymu, zapewniającego trawienie białek.
_____Kwas siarkowodorowy jest wodnym roztworem siarkowodoru H2S, gazu o charakterystycznym przykrym zapachu zgniłych jaj. Jest to gaz niezwykle trujący, śmiertelny dla ludzi, gdy jego stężenie w powietrzu wynosi zaledwie 100 części na milion.
_____Używany w każdym laboratorium kwas azotowy (HNO3) jest szeroko stosowany jako środek nitrujący w produkcji nawozów sztucznych i materiałów wybuchowych.
_____Kwas fosforowy, H3PO4, zwany także kwasem ortofosforowym. W stanie czystym jest substancją stałą, najczęściej jednak spotyka się go w postaci rozcieńczonych roztworów wodnych. Podobnie jak kwas azotowy, jest powszechnie stosowany w produkcji nawozów sztucznych fosforowych.
_____Kwas siarkowy, H2SO4, to kwas o największym zastosowaniu w przemyśle i w laboratorium. Jest tańszy niż inne mocne kwasy i dość trwały w temperaturze pokojowej.
_____Kwas siarkawy, H2SO3, można łatwo otrzymać rozpuszczając gazowy dwutlenek siarki (SO2) w wodzie.
_____Metan (CH4) to podstawowy element strukturalny całej chemii węglowodorów. Ten bezbarwny i bezwonny gaz jest również głównym skłądnikiem pospolitego gazu ziemnego.
_____Blisko spokrewniony z metanem jest etan, C2H6. To również bezbarwny i bezwonny gaz. Jako składnik gazu ziemnego, etan jest używany do celów opałowych.
_____Amoniak (azan), NH3, to bezbarwny gaz o charakterystycznym , ostrym zapachu, szeroko stosowany jako rozpuszczalnik, czynnik chłodniczy oraz w produkcji nawozów sztucznych.
_____Fosforowodór (fosfan), PH3, jest silnie trującym gazem o duszącym zapachu czosnku. Znajduje obecnie zastosowanie w produkcji niektórych rodzajów tworzyw sztucznych i ognioodpornych tkanin bawełnianych.