Wodór – otrzymywanie, właściwości i zastosowania

Wodór to pierwiastek chemiczny o symbolu $H$. Jest najlżejszym ze wszystkich pierwiastków. W przyrodzie rzadko występuje jako czysty gaz, ponieważ łatwo tworzy związki z innymi pierwiastkami, przede wszystkim z tlenem w wodzie.

W warunkach normalnych wodór występuje jako gaz zbudowany z cząsteczek $H_2$. Każda taka cząsteczka zawiera dwa atomy wodoru. Nie należy mylić zapisu $H_2$ z zapisem $2H$: $H_2$ oznacza jedną cząsteczkę, a $2H$ – dwa oddzielnie zapisane atomy wodoru.

• Wodór jest bezbarwny.
• Jest bezwonny.
• Jest bardzo lekki – ma mniejszą gęstość niż powietrze.
• Słabo rozpuszcza się w wodzie.

W szkolnym doświadczeniu wodór otrzymuje się najczęściej w reakcji aktywniego metalu z rozcieńczonym kwasem chlorowodorowym. Przykładem jest reakcja cynku z tym kwasem:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

Substratami są cynk i kwas chlorowodorowy. Produktami są chlorek cynku oraz wodór. Wydzielający się gaz jest widoczny jako pęcherzyki.

Wodór można także otrzymać przez rozkład wody za pomocą prądu elektrycznego. Jest to elektroliza wody. W jej wyniku powstają wodór i tlen.

Podczas doświadczenia gaz można zbierać do odwróconej probówki wypełnionej wodą. Jest to możliwe, ponieważ wodór słabo rozpuszcza się w wodzie i wypiera ją z naczynia.

Najważniejszą właściwością chemiczną wodoru jest jego palność. Wodór reaguje z tlenem, a produktem tej reakcji jest woda. Równanie spalania ma postać:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Reakcja spalania wodoru jest egzotermiczna, czyli towarzyszy jej wydzielanie energii. Po spaleniu wodoru można zauważyć krople wody na chłodnej powierzchni, ponieważ powstała para wodna ulega skropleniu.

Wodór tworzy z tlenem lub z powietrzem bardzo niebezpieczną mieszaninę piorunującą. Po zapaleniu taka mieszanina reaguje gwałtownie i może wydać huk.

Obecność wodoru sprawdza się za pomocą próby na wodór. Do wylotu probówki zawierającej gaz zbliża się płonące łuczywo. Jeżeli w probówce znajduje się wodór, słychać charakterystyczne krótkie „puknięcie” albo „szczeknięcie”.

Próby nie wykonuje się od razu po rozpoczęciu wydzielania gazu. Najpierw wodór musi usunąć z aparatury powietrze. W przeciwnym razie w naczyniu może znajdować się mieszanina wodoru z tlenem, która po zapaleniu reaguje bardzo gwałtownie.

• Pracuj w okularach ochronnych i wykonuj polecenia nauczyciela.
• Nie zbliżaj twarzy do wylotu probówki.
• Nie używaj płomienia przy nieszczelnej aparaturze.
• Zapalanie gazu wykonuj tylko w odpowiedniej odległości i po przygotowaniu stanowiska.

Ponieważ spalanie wodoru dostarcza energii, może on służyć jako paliwo. Podczas jego spalania powstaje woda, a nie dwutlenek węgla. Nie oznacza to jednak, że korzystanie z wodoru nie wymaga ostrożności: gaz jest łatwopalny, a jego przechowywanie i transport są trudne.

Wodór wykorzystuje się również w ogniwach paliwowych. Są to urządzenia, które z udziałem wodoru i tlenu wytwarzają energię elektryczną. Produktem działania ogniwa jest woda.

W przemyśle wodór jest potrzebny między innymi do produkcji amoniaku. Amoniak jest ważnym związkiem wykorzystywanym na przykład przy wytwarzaniu nawozów.

Najważniejszy ciąg zależności jest prosty: wodór jest lekki i palny, można otrzymać go w reakcji metalu z kwasem, a po reakcji z tlenem powstaje woda.