HEMIJA ELEMENATA VODONIK

Transcript

1 HEMIJA ELEMENATA

2 Najrasprostranjeniji element u Vasioni (88,6 at.%). Na trećem mestu po rasprostranjenosti na Zemlji (15 at.%, iza O i Si). Prvi, najlakši i najjednostavniji element (1 p + i 1 e ). SVOJSTVA Elektronska konfiguracija 1s 1 mali atomski i kovalentni radijus, velika energija jonizacije, mali afinitet prema elektronu. Sličnosti sa: elementima 1. grupe PSE (alkalnim metalima) 1 valentni elektron, oksidacioni broj I (gradi H + -jon), elementima 17. grupe PSE (halogenim elementima) nemetal, gradi dvoatomski molekul, oksidacioni broj I. Razlike u odnosu na: alkalne metale veća energija jonizacije, nije metal, halogene elemente manji afinitet prema elektronu, retko gradi H -jon. SVOJSTVA Zbog Zbog specifičnih svojstava ne ne svrstava svrstava se se ni ni u ni ni u grupu grupu Periodnog sistema, sistema, već već se se razmatra posebno. Dvoatomski gas bez boje i mirisa. Niska temperatura topljenja ( 259 o C) i ključanja ( 253 o C) zbog slabih međumolekulskih sila između malih nepolarnih molekula. Mala rastvorljivost. Velika energija veze (E H-H = 436 kj mol 1 ) slabo reaktivan; reaguje sa većinom elemenata, ali tek na povišenoj temperaturi (obično uz katalizator).

3 IZOTOPI Relativne atomske mase H, D i T stoje u odnosu 1:2:3. Zbog velike razlike u masi, velike su razlike u fizičkim svojstvima. Fizička svojstva jedinjenja H, D i T se takođe razlikuju: D 2 O (teška voda, deuterisano jedinjenje) je gušća od H 2 O. Led H 2 O Led D 2 O LABORATORIJSKO DOBIJANJE Reakcija metala metala sa sa vodenim rastvorom kiseline kiseline ili ili baze baze Reakcija metala (Zn, Mg, Fe) sa vodenim rastvorom kiseline (HCl, razblažena H 2 SO 4 ): Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 Zn Zn e 2H + + 2e H 2 E ө (Zn/Zn 2+ ) = 0,76 V E ө (H + /H 2 ) = 0,00 V Reakcija metala (Zn, Al, Sn) sa vodenim rastvorom baze: Zn(s) + 2H 2 O + 2OH [Zn(OH) 4 ] 2 + H 2 Zn + 4OH [Zn(OH) 4 ] 2 + 2e 2H 2 O + 2e H 2 + 2OH E ө (Zn/[Zn(OH) 4 ] 2 ) = 1,22 V E ө (H 2 O/H 2,OH ) = 0,83 V

4 LABORATORIJSKO DOBIJANJE Reakcija hidrida hidrida sa sa vodom vodom Reakcija hidrida alkalnih i zemnoalkalnih metala sa vodom: NaH(s) + H 2 O Na + + OH + H 2 2H H 2 + 2e 2H 2 O + 2e H 2 + 2OH E ө (H /H 2 ) = 2,25 V E ө (H 2 O/H 2,OH ) = 0,83 V Reakcija CaH 2 sa vodom INDUSTRIJSKO DOBIJANJE Reakcija ugljovodonika i i vodene vodene pare pare 900 CH 4 + H 2 O o C CO + 3H 2 NiO U cilju povećanja prinosa dobijeni CO se dalje oksiduje: 400 CO + H 2 O o C CO 2 + H 2 Fe 2 O 3 CO 2 se uklanja iz gasovite faze reakcijom sa CaO: CaO(aq) + CO 2 CaCO 3 (s) H 2 dobijen ovim postupkom je dovoljno čist za široku, industrijsku upotrebu Elektroliza vode vode Uz dodatak elektrolita da bi se povećala provodljivost. H 2 dobijen ovim postupkom je veoma čist (99,9%).

5 PRIMENA U proizvodnji amonijaka (Haber-Bošov postupak) i hlorovodonične kiseline. U proizvodnji metanola, jedne od osnovnih sirovina organske industrije: t CO + 2H 2 CH 3 OH(l) Co U reakcijama hidrogenovanja (adicije H 2 na dvostruku i trostruku C-C vezu), tj. prevođenja nezasićenih u zasićena organska jedinjenja: npr. hidrogenovanje biljnih ulja i dobijanje biljnih masti i sirovina za margarin. Kao gorivo: eksplozivna reakcija sa kiseonikom (vazduhom): 2H 2 + O 2 2H 2 O r H ө = 484 kj mol 1 tehnologija u razvoju, sa problemima vezanim za efikasnost odigravanja reakcije, siguran transport i skladištenje H 2. Kao redukciono sredstvo (opasnost praskavi gas ). JEDINJENJA Oksidacioni brojevi: I i I Gradi hidride, binarna jedinjenja, sa većinom elemenata. Nalazi se na sredini skale elektronegativnosti (χ = 2,1): sa elementima 1. i 2. grupe PSE oksidacioni broj I. sa elektronegativnijim elementima ( grupa) oksidacioni broj I. Prema tipu hemijske veze, hidridi se mogu podeliti na: jonske, kovalentne, metalne (intersticijalne), prelazne (...nisu značajni).

6 JEDINJENJA Jonski hidridi Hidridi alkalnih i zemnoalkalnih metala (izuzev Be i Mg). Opšta formula: MH i MH 2. Oksidacioni broj: I. Dokaz prisustva jonske veze i H -jona rastop LiH provodi struju, na anodi se izdvaja H 2. Reaguju sa vodom uz izdvajanje H 2, pa se koriste kao sredstva za sušenje i redukciona sredstva: CaH 2 (s) + 2H 2 O(l) Ca(OH) 2 (s) + 2H 2 JEDINJENJA Kovalentni hidridi Hidridi elemenata grupe PSE. Oksidacioni broj: I. Metalni hidrid Imaju kisela (H 2 S, HX...) i bazna (NH 3, PH 3...) svojstva. Jačina kiselina raste sa porastom rednog broja elementa graditelja kiseline raste u periodi, raste u grupi. Metalni hidridi Hidridi većine d-elemenata, lantanoida i aktinoida. Vodonik, obično kao atom, se smešta u međuprostore (intersticije) između atoma kristalne rešetke metala. Odnos M i H nije stehiometrijski (bertolidi) i menja se u širokom granicama: PdH Pd može da apsorbuje 1000 puta veću zapreminu H 2 od sopstvene. Primena: skladištenje H 2, jer ga pri zagrevanju lako otpuštaju.

7 VODONIČNA VEZA Elektrostatička privlačna interakcija između atoma H u jednom molekulu i atoma F, O ili N u susednom molekulu. δ δ+ :X H :X H X je F, O ili N Jedinjenje u strukturi mora da ima atom H vezan za F, O ili N koji imaju bar jedan slobodan elektronski par. Jaka međumolekulska interakcija (10 60 kj mol 1 ). Molekul vode: svaki kiseonik ima dva slobodna elektronska para i može da gradi dve vodonične veze. Vodonična veza VODONIČNA VEZA Veliki uticaj na fizička svojstva: visoke temperature ključanja (t b ) i topljenja (t m ) jedinjenja koja grade H-veze. Temperatura ključanja, o C Perioda Trend porasta t b sa povećanjem molarne mase se menja zbog prisustva H-veza H 2 O, HF i NH 3 imaju neočekivano visoke t b.

8 VODONIČNA VEZA Važna za stvaranje dvostrukih lanaca DNK, reaktivnost i selektivnost enzima. PLEMENITI GASOVI

9 PLEMENITI GASOVI He drugi element po rasprostranjenosti u Vasioni (11 at.%). Ar najrasprostranjeniji od svih plemenitih gasova u vazduhu (0,98 vol.%). SVOJSTVA Elektronska konfiguracija He: 1s 2 ; Ne, Ar, Kr, Xe: ns 2 np 6 Jednoatomski gasovi. Niske temperature topljenja i ključanja zbog slabih međumolekulskih Londonovih sila. Nereaktivni. DOBIJANJE I PRIMENA Dobijaju se frakcionom destilacijom vazduha. Koriste se za održavanje inertne atmosfere, punjenje sijalica, proizvodnju svetlećih reklama i lasera, punjenje balona... Smeša He/O 2 se umesto vazduha koristi za punjenje ronilačkih boca. PLEMENITI GASOVI JEDINJENJA Klatrati Supstance koje sadrže molekule ili atome zarobljene u kristalnoj rešetki (npr. led). Atomi plemenitog gasa se nalaze u šupljinama rešetke leda (Van der Valsove veze). Nastaju pri mržnjenju rastvora dobijenog rastvaranjem plemenitog gasa pod pritiskom u vodi. Stvaranje klatrata nije ograničeno na plemenite gasove (npr. CH 4 ).

10 PLEMENITI GASOVI JEDINJENJA Fluoridi i oksidi Sintetisano je par stotina jedinjenja Xe i Kr, uglavnom sa F i O. Imaju teorijski značaj. Najpoznatija jedinjenja su XeF 2, XeF 4 i XeF 6. :F: : :F Xe F: : : : : :F: : : :