mali atomski i kovalentni radijus, velika energija jonizacije, mala stabilnost H - -jona SLIČNOST i sa alkalnim metalima (1 valentni e -,

Transcript

1 VODONIK

2

3 najrasprostranjeniji element u Vasioni (88,6 at.%) 3. po rasprostranjenosti na Zemlji (iza O i Si), 15 at.% prvi, najlakši i najjednostavniji element (1 p + i 1 e - ) 1s 1 : mali atomski i kovalentni radijus, velika energija jonizacije, mala stabilnost H - -jona SLIČNOST i sa alkalnim metalima (1 valentni e -, oks. broj: I ) i sa halogenim elementima (NEMETAL, oks. broj: -I) RAZLIKE: 3 puta veća energija jonizacije H u odnosu na energije jonizacije alkalnih metala; 5 puta manji afinitet prema elektronu u odnosu na afinitet prema elektronu fluora; NE SVRSTAVA SE ni u 1. ni u 17. grupu PSE, RAZMATRA SE POSEBNO!

4 IZOTOPI VODONIKA 1 H PROTIJUM 2 D DEUTERIJUM 3 T TRICIJUM Relativne atomske mase H, D i T stoje u odnosu 1:2:3 velike razlike u fizičkim osobinama! Led H 2 O Led D 2 O Deuterisana jedinjenja

5 ELEMENTARNI VODONIK H 2 (g) DVOATOMSKI GAS BEZ BOJE, MIRISA I UKUSA NISKA TT i TK (zbog slabih međumolekulskih sila između malih nepolarnih molekula) VELIKA ENERGIJA VEZE, E H-H = 436 kj mol -1 (reaguje sa većinom elemenata, ali tek na povišenoj T)

6 Laboratorijsko dobijanje H 2 (g) 1. Reakcijom metala sa vodom i rastvorima kiselina ili baza (NAJČEŠĆE) reakcijom metala (Zn, Mg, Fe) sa rastvorima kiselina (HCl, razblažena H 2 SO 4 ): Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) (RETKO) reakcijom metala (Al, Zn, Sn) sa rastvorima baza: Zn(s) + 2H 2 O + 2OH - [Zn(OH) 4 ] 2- + H 2 (g) E ө ([Zn(OH) 4 ] 2- /Zn) = -1,22 V (RETKO) reakcijom alkalnih i nekih zemnoalkalnih metala sa H 2 O: 2Na(s) + 2H 2 O 2Na + + 2OH - + H 2 (g) E ө (Na + /Na) = -2,71 V 2. Rekcijom hidrida (H: -I) alkalnih i zemnoalkalnih metala sa vodom NaH + H 2 O Na + + OH - + H 2 (g) E ө (Zn 2+ /Zn) = -0,76 V E ө (H 2 /H - ) = -2,25 V

7 Industrijsko dobijanje H 2 (g) 1. Reakcijom između ugljovodonika (CH 4, C 3 H 8, C 4 H 10,...) i vodene pare: CH 4 (g) + H 2 O(g) 900 o C Ni 3H 2 (g) + CO(g) 400 o C Fe2 O 3 CO(g) + H 2 O(g) H 2 (g) + CO 2 (g) dovoljno čist za industrijsku upotrebu apsorbuje se u rastvorima baza ili K 2 CO 3 2. Elektrolizom vode uz dodatak elektrolita (skup postupak) dobija se vrlo čist H 2

8 Primena H 2 u proizvodnji NH 3 i HCl u reakcijama hidrogenovanja (adicija H 2 na dvostruku i trostruku C-C vezu) za prevođenje nezasić. u zasić. organs. jed. (npr. dobijanje sirovine za biljne masti i margarin) za dobijanje metanola, CH 3 OH (osnovna sirovina u organskoj industriji) CO + H 2 t Co CH 3 OH potencijalno GORIVO danas se mnogo ispituje; problemi: efikasnost odigravanja reakcije 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) Δ r H = -484 kj mol -1 ; transport H 2 ; skladištenje H 2 ; veoma poznato redukciono sredstvo (opasnost, praskavi gas!), još bolje ako imamo nascentni vodonik.

9 HIDRIDI - binarna jedinjenja vodonika Prema tipu hemijske veze (χ = 2,1) dele se na: JONSKE hidridi elemenata 1. i 2. grupe PSE (oks. br. -I) METALNE (INTERSTICIJSKE) oks. br.? KOVALENTNE hidridi elemenata grupe PSE (oks. br. I) PRELAZNE

10 JONSKI HIDRIDI - hidridi elemenata 1. i 2. grupe PSE Formula: MH ili MH 2 Oks. br. -I Kod JONSKIH hidrida prisustvo H - -jona dokazano je činjenicom da rastop LiH provodi struju: A(+): 2H - (l) H 2 (g) + 2e - Reakcija JONSKIH hidrida sa vodom (izvor vodonika, sredstva za sušenje i redukcionog sredstva): NaH + H 2 O Na + + OH - + H 2 (g) Hidrid-jon, H -, je veliki i nestabilan zato što ima 1p + a 2e -, što je vrlo nepovoljan odnos naelektrisanja!

11 METALNI (INTERSTICIJSKI) HIDRIDI Intersticija = šupljina - Vodonik, obično kao atom, popunjava šupljine u kristalnoj rešetki metala - Izgledaju kao sam metal, mogu se kovati - Veza je slaba, neki kažu metalna - Nestehiometrijska jedinjenja, Bertolidi - Primeri formula: LaH 2,87, YbH 2,55, PdH 0,6 0,8 - Redukciona sredstva - Postoji mogućnost skladištenja H 2, jer ga lako otpuštaju PRELAZNI HIDRIDI - na prelazu između metalnih i kovalentnih... (nebitni za nas).

12 KOVALENTNI HIDRIDI H ima oks. br. I kada reaguje sa elementima koji se nalaze na desnom kraju PSE, veza je kovalentna! mnoga takva jedinjenja imaju KISELA svojstva (kiseline) jačina kiselina (HA, H 2 A) raste sa porastom Z graditelja kiseline neka jedinjenja, NH 3 i PH 3 (15. grupa PSE), ipak imaju BAZNA svojstva (Luisove baze)

13 Kiseonične kiseline i baze (nisu hidridi) takođe su jedinjenja H!!!

14 VODONIČNA VEZA VEZA IZMEĐU ATOMA H U JEDNOM MOLEKULU I ELEKTRONEGATIVNOG ATOMA (F, O ILI N) U DRUGOM MOLEKULU δ- δ+ δ- A H... B Donor vodonične veze Vodonična veza Akceptor vodonične veze Energija vodoničnih veza iznosi od 10 do 60 kj mol -1, a izuzetak je HF gde može biti čak 200 kj mol -1.

15 VODONIČNA VEZA O H Svaki kiseonik ima dva slobodna elektronska para i može da gradi dve vodonične veze. H H Vodonična veza O H Vodonična veza Organski molekul O

16 VODONIČNA VEZA - molekul H 2 O O H H

17 VODONIČNA VEZA U vodi i vodenim rastvorima obično se ističe postojanje jona H 3 O + (videti Protolitičku teoriju kiselina i baza). Međutim postoje i druge jonske vrste: H 5 O 2+, H 7 O 3+, H 9 O Može se pisati: H 3 O + (H 2 O) x, što je hidratisani oksonijum-jon (često pogrešno nazvan hidronijum-jon). H 3 O + H 9 O 4 + H + O H H H 5 O 2 + H 7 O 3 +

18 Struktura leda - 3D raspored vodoničnih veza Vodonična veza Deformisani tetraedarski raspored oko atoma kiseonika Led ima manju gustinu od vode!!! Klatrati: supstance koje sadrže atome ili molekule zarobljene u kristalnoj rešetki (npr. CH 4 u rešetki leda)

19 VODONIČNA VEZA - ZNAČAJ Veliki uticaj vodoničnih veza na fizička svojstva i reaktivnost: VISOKE TT i TK NH 3, H 2 O i HF Značaj vodoničnih veza u vodi ( univerzalni rastvarač) i vodenim rastvorima, kao i u kristalohidratima (čvrste supstance) Značaj vodoničnih veza u aminokiselinama i proteinima (između COOH i amino-grupa) Vodonične veze kontrolišu reaktivnost i selektivnost enzima Značaj vodoničnih veza za metabolizam živih organizama, jer utiču na stvaranje dvostrukih lanaca DNK i RNK

20 Molekuli H 2 O Hidratacioni omotač NaCl

21 VODONIČNE VEZE U DNK

22 PLEMENITI GASOVI

23

24 He 2. po rasprostranjenosti u Vasioni, 11 at.% od svih plemenitih gasova, u vazduhu najviše ima Ar (0,98 vol.%) dobijanje: frakcionom destilacijom vazduha He: 1s 2 Ne, Ar, Kr, Xe: ns 2 np6 NEREAKTIVNI!!! 2 He NISKE TT i TK zbog slabih međumolekulskih sila Londonove sile (indukovani dipol indukovani dipol) primena: za održavanje inertne atmosfere (Ar), za punjenje sijalica (Ar, Kr), za svetleće reklame (Ne, Ar), u proizvodnji lasera (Ar, Kr, Xe), za punjenje balona (He), smešu O 2 i He dišu ronioci da bi brže izronili...

25 JEDINJENJA PLEMENITIH GASOVA klatrati (plemeniti gasovi u npr. rešetki leda V. der Valsove sile) prava jedinjenja dobijena su greškom (Bartlet, 1962): PtF 6 + O 2 O 2+ [PtF 6 ] - E i (Xe) = 1170 kj mol -1 ; E i (O 2 ) = 1175 kj mol -1 sintetisano je par stotina jedinjenja Xe i Kr, uglavnom sa F i O imaju samo teorijski značaj veza Xe O je koordinativna, a veza Xe F jednostruka, i objašnjavaju se na osnovu Teorije VV i hibridizacije XeF 2 - sp 3 d XeF 4 - sp 3 d 2

26 XeO 3 XeO 4 XeOF 4