Wodór jest pierwiastkiem o najmniejszej wartości średniej masy atomowej. Liczba atomowa, zwana również liczbą porządkową, wynosi dla wodoru $1$ ,\; stąd\; pierwiastek\; ten\; zajmuje\; pierwsze\; miejsce\; w układzie\; okresowym.$$

Wodór posiada tylko jeden elektron, który jest jego elektronem walencyjnym, a jego konfiguracja elektronowa w zapisie podpowłokowym przyjmuje następującą postać:

Wodór tworzy wiązania zarówno o charakterze jonowym, jak i kowalencyjnym. W reakcjach z metalami może zatem przyjmować elektron, zyskując konfigurację elektronową helu. Z kolei w reakcjach z niemetalmi zwykle uwspólnia elektrony, a w czasie dysocjacji związków chemicznych, takich jak np. $\text{HCl}$, tworzy kationy wodoru, które w praktyce pozbawione są elektronu.

W reakcji syntezy wodoru z azotem powstaje związek o wzorze ${\text{NH}}_3$, nazywany amoniakiem (lub azanem). Reakcja ta przebiega w wysokiej temperaturze, pod wysokim ciśnieniem i z udziałem katalizatora.

Dla zainteresowanych

Proces technologiczny przemysłowej syntezy amoniaku z azotu i wodoru: przy użyciu katalizatorów, wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, jest znany jako metoda Habera‑BoschaHabera i Boscha metodametoda Habera‑Boscha.

Metoda ta została zaproponowana przez niemieckiego fizykochemika, Fritza Habera. W $1918$ roku otrzymał za nią Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Metoda została wykorzystana na dużą skalę przez Carla Boscha, chemika przemysłowego, który otrzymał Nagrodę Nobla w $1931$ roku wspólnie z Friedrichem Bergiusem, za badania nad reakcjami prowadzonymi w wysokich ciśnieniach.

Jednym z dwóch pionierskich zakładów produkujących przemysłowo amoniak za pomocą tej metody były Zakłady Azotowe w Chorzowie.

R18d3wMNDAP43

Zdjęcie przedstawia aparaturę. Na dwóch stojakach zamontowane są dwa metalowe walce. Są na nich okrągłe ciśnieniomierze, a w dolnej części zawory połączone przewodami z aparaturą.

R1Lt0wVEWjj80

Zdjęcie przedstawia zakład pracy. W centralnej części fotografii jest duży okrągły budynek - magazyn. Dookoła niego są liczne rury zainstalowane nieco nad ziemią. W tle stoją kominy.

Wprowadzenie przemysłowej technologii syntezy amoniaku opartej na metodzie Habera-Boscha miało dalekosiężne skutki dla przemysłu materiałów wybuchowych i nawozów sztucznych. Szacuje się, że od tego procesu, umożliwiającego produkcję sztucznych nawozów azotowych, zależna jest mniej więcej połowa produkcji żywności na świecie.

Reakcja zachodząca pomiędzy wodorem i tlenem wymaga zainicjowania np. poprzez iskrę. Jaki jest stosunek molowy substratów biorących udział w tej reakcji?

Stosunek objętościowy wodoru do tlenu w tej reakcji również wynosi $2:1$. Mieszanina wodoru i tlenu o takim składzie, po zainicjowaniu reakcji, wybucha gwałtownie i nazywana jest mieszaniną piorunującą.

Wodór z tlenem tworzą także nadtlenek ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, w którym tlen występuje na formalnym stopniu utlenienia $-\text{I}$, podczas gdy wodór pozostaje na stopniu utlenienia I podobnie jak to było w przypadku cząsteczki ${\text{H}}_2\text{O}$.

Również siarka reaguje z wodorem. Reakcja zachodzi w temperaturze $600°\text{C}$ (siarka występuje wtedy w gazowym stanie skupienia):

Wodór reaguje ze wszystkimi fluorowcami. Do przebiegu reakcji konieczne jest jednak działanie światłem, płomieniem lub udział katalizatora. Produktem reakcji są fluorowcowodoryfluorowcowodoryfluorowcowodory, np. chlorowodór $\text{HCl}$, bromowodór $\text{HBr}$, jodowodór $\text{HI}$.

Wyjątkiem jest fluor, który jako jedyny z pierwiastków łączy się samorzutnie z wodorem. Jest to reakcja gwałtowna i wybuchowa. W jej wyniku powstaje fluorowodór.

Dla zainteresowanych

R1Cn1Ep9CAQB0

Zdjęcie przedstawia transport kolejowy z cysternami. W tle są wysokie silosy w kształcie walców.

W przemyśle bardzo czysty chlorowodór otrzymuje się wyniku syntezy z wodoru i chloru. Kwas chlorowodorowy ma zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, m.in włókienniczym, farmaceutycznym oraz tworzyw sztucznych.

Reakcja węgla z wodorem także przebiega opornie, bowiem zachodzi w temperaturze $5000°\text{C}$. Produktem reakcji jest metan.

Metan występuje w przyrodzie jako podstawowy składnik gazu ziemnego, gazu „błotnego” oraz biogazu.

Większość wodorków popularnych niemetali w temperaturze pokojowej występuje w formie gazowej. Wśród wyjątków znajdują się ciekłe wodorki – woda oraz fluorowodór $\left(T_w=\mathrm{19,5}°\text{C}\right)$. Znane są także związki wodoru z borem i krzemem, ale nie powstają one na drodze bezpośredniej syntezy. Wodorki niemetali (lub ich wodne roztwory) to jedne z wielu odczynników stosowanych w szkolnym laboratorium. Czy potrafisz podać ich przykłady?

Słownik

Bibliografia

Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 2. Podręcznik, Warszawa 2003, s. 297‑327.

Lyn N., Ratcliffe M., Chemistry AS, Collins 2003, s. 111.

Rolecki M., 10 pożytków z nagród Nobla, Polityka pl. 2018.