R1SW2zyaO9yG2

Zdjęcie przedstawia nowoczesny biały autobus stojący na parkingu przed budynkiem biurowym firmy Solaris.

Występowanie wodoru w przyrodzie

Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie. Jest głównym składnikiem gwiazd (stanowi ok. 71% masy gwiazd w Galaktyce). Na Ziemi, w stanie wolnym (nie połączony z innymi pierwiastkami), występuje jednak w śladowych ilościach (m.in. w gazie ziemnymgaz ziemnygazie ziemnym i wulkanicznymgaz wulkanicznywulkanicznym). Tworzy natomiast liczne związki chemiczne (np. wodę, białka, węglowodory, cukry).

Wodór jest pierwiastkiem, który został zapisany w układzie okresowym jako pierwszy. Jednak jego właściwości nie są zbliżone do właściwości innych pierwiastków pierwszej grupy układu okresowego.

Atom wodoru ma najprostszą budowę spośród atomów pozostałych pierwiastków chemicznych. W jądrze atomowym atomu wodoru znajduje się jeden proton, a w chmurze elektronowej porusza się jeden elektron. Zwróć uwagę, że wodór ma najmniejszą masę atomową wśród pierwiastków chemicznych.

W górnych warstwach atmosfery ziemskiej oraz w przyrodzie występuje w śladowych ilościach w gazowym stanie skupienia, w postaci dwuatomowych cząsteczek:

R1ahSnFY1c86z

Graficzne przedstawienie cząsteczki wodoru za pomocą modelu kulkowego, wzoru strukturalnego i wzoru sumarycznego. Z lewej strony grafiki znajduje się model cząsteczki wodoru. Budują go dwie białe kule o takim samym rozmiarze, które są ze sobą połączone za pomocą walca symbolizującego wiązanie pojedyncze. Wzór strukturalny znajduje się w centrum grafiki i tworzą go dwie duże litery H połączone ze sobą za pomocą jednej poziomej kreski. Wzór sumaryczny znajduje się się z prawej strony grafiki. Składa się z dużej litery H i cyfry 2 umieszczonej w indeksie dolnym z prawej strony litery.

Gęstość wodoru w trzech stanach skupienia jest niewielka – w gazowym stanie skupienia wynosi zaledwie $\text{ 0,00009}\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$. Skroplony wodór ma gęstość ok. $0,07 \frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$, a w stałym stanie skupienia $0,08 \frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$. Musisz jednak wiedzieć, że nie jest go wcale tak łatwo otrzymać w stanie ciekłym i stałym. Temperatura skraplania wodoru (jego przemiany z gazu w ciecz) wynosi ok. $\text{-253°C}$, a temperatura jego krzepnięcia (przemiany z cieczy w ciało stałe) to ok. $\text{-259°C}$.

Ciekawostka

Ze względu na małą gęstość, wodór był wykorzystywany do napełniania balonów i sterowców. Ich pierwowzorem był balon zaopatrzony w śmigło i napędzany maszyną parową. Jednym z największych i najsłynniejszych sterowców był niemiecki Hindenburg, o długości 245 m i średnicy 41 m. Rozwijał on prędkość $135 \frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ i mógł zabrać na pokład 72 pasażerów oraz 61 członków załogi. Latał do USA i Brazylii. Początkowo był napełniany helem, później dostosowano go do użycia wodoru (ze względu na embargo nałożone na hel przez USA – w tamtych czasach jedynego producenta helu na świecie). W szesnastu zbiornikach Hindenburga mieściło się 200 tysięcy ${\mathrm{m}}^3$ wodoru. Szóstego maja 1937 r., podczas cumowania na lotnisku w Lakehurst (USA), sterowiec spłonął. W wypadku zginęło 35 osób (13 pasażerów i 22 osoby z załogi). Katastrofa zakończyła erę sterowców. Jednak maszyny te nie wyszły całkowicie z użytku. Dziś służą do lotów turystycznych i jako banery reklamowe, choć są plany zastosowania ich unowocześnionej wersji w celach militarnych oraz transportowych.

R19YCNRWc4QvV

Czarno białe zdjęcie przedstawiające sterowiec unoszący się w powietrzu, zwrócony dziobem w prawo. Sterowiec unosi się nad Warszawą, nieznacznie ponad zabudową miejską.

RNRl9WxxKDYSs

Czarno‑białe zdjęcie przedstawiające katastrofę sterowca Hindenburg, moment eksplozji wodoru w tylnej części maszyny. Chmura ognia obejmuje mniej więcej jedną trzecią długości statku powietrznego.

Otrzymywanie i badanie właściwości wodoru

Wodór jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, a także palnym (czysty wodór spala się bladoniebieskim płomieniem), chociaż nie podtrzymuje palenia. Mieszanina wodoru i tlenu (w stosunku objętościowym $\text{2 : 1}$), pod wpływem ogrzewania lub iskry, gwałtownie wybucha – jest to tzw. mieszanina piorunującamieszanina piorunującamieszanina piorunująca, zwana dawniej powietrzem grzmiącym. Aby w warunkach laboratoryjnych sprawdzić, czy wydzielającym się w wyniku zachodzącej reakcji chemicznej jest wodór, wystarczy wykorzystać zapalone łuczywo. Wodór (na powietrzu) spala się gwałtownie, czemu towarzyszy charakterystyczny dźwięk (wybuch), określany często jako „szczeknięcie” lub „pyknięcie”.

Wodór można otrzymać w laboratorium chemicznym na różne sposoby. Dwa z nich poznasz, wykonując doświadczenia 1 i 2.

Otrzymywanie wodoru w reakcji cynku z kwasem solnym (chlorowodorowym) i badanie jego właściwości – pokaz nauczycielski

Doświadczenie 1

Sprawdź, czy w wyniku reakcji chemicznej metalu z kwasem można otrzymać wodór.

Postępuj zgodnie z instrukcją. Napisz obserwacje i wnioski. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, zapoznaj się z zamieszczoną w podpowiedzi grafiką, obrazującą jego przebieg.

Uwaga: Doświadczenie wykonaj w okularach i rękawicach ochronnych, pod sprawnie działającym wyciągiem

RZdPoFxlhYdlH

Problem badawczy:. Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Hipoteza 2: Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1., Hipoteza 2.). Co będzie potrzebne: . Instrukcja:.

Przeprowadzono doświadczenie w którym sprawdzono, czy w wyniku reakcji chemicznej metalu z kwasem można otrzymać wodór. Zapoznaj się z przebiegiem doświadczenia, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone poniżej.

Problem badawczy:

W jaki sposób można otrzymać wodór?

Hipoteza:

Wodór można otrzymać w reakcji metalu z kwasem.

Co było potrzebne:

• kolba stożkowa;

• korek z wkraplaczem i rurką odprowadzającą;

• krystalizator;

• probówka;

• korek do probówki;

• statyw z łapą;

• statyw na probówki;

• łuczywko;

• zapałki;

• kwas chlorowodorowy (solny);

• cynk;

• woda.

Wykonywane czynności:

1. Założono okulary i rękawice ochronne.

2. Do kolby stożkowej wprowadzono kilka granulek cynku, po czym kolbę zamknięto korkiem z wkraplaczem i rurką odprowadzającą.

3. Do wkraplacza wlano kwas chlorowodorowy (solny).

4. Koniec rurki odprowadzającej umieszczono w krystalizatorze z wodą, w którym znajdowała się odwrócona do góry dnem probówka, wypełniona wodą. Koniec rurki został umieszczony w probówce.

5. Do kolby stożkowej za pomocą wkraplacza dodano kwas chlorowodorowy (solny).

6. Wydzielający się gaz zebrano do probówki, a po jego zebraniu probówkę zamknięto korkiem.

7. Probówkę umieszczono w statywie.

8. Z probówki wyjęto korek, a do jej wylotu przybliżono zapalone łuczywko.

Obserwacje:

Ciało stałe roztwarza się (zanika). Wydziela się bezbarwny, bezwonny gaz, który „wypycha” wodę z probówki umieszczonej w krystalizatorze.
Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej gazem, zaobserwowano, że płomień się zwiększa, czemu towarzyszy charakterystyczny dźwięk (trzask).

Wnioski:

Cynk reaguje z kwasem chlorowodorowym (solnym). Obserwacja płomienia zapalonego łuczywa w kontakcie z powstającym w wyniku tej reakcji gazem świadczy o tym, że jest to gaz palny, który w kontakcie z powietrzem spala się wybuchowo. Można zatem wnioskować, że jest nim właśnie wodór.

RV8SVBwzMXfYR

Na schemacie przedstawiono zestaw do doświadczenia złożony ze szkła i sprzętu laboratoryjnego. Na górze ilustracji znajduje się szklany wkraplacz w kształcie pękatej bańki, którego ujście skierowane jest do następnego naczynia, jakim jest kolba stożkowa. We wkraplaczu znajduje się kwas chlorowodorowy. Wkraplacz zawiera kranik umożlwiający regulację ilości cieczy spływającej do kolby. Na dnie kolby znajduje się sproszkowany cynk. Wkraplacz utrzymywany jest w odpowiednim położeniu nad wlotem do kolby za pomocą łapy metalowego statywu. W szyjce kolby znajduje się również rurka odprowadzająca, której koniec umieszczony jest w probówce odwróconej do góry dnem, która znajduje się w krystalizatorze wypełnionym wodą.

1

Polecenie 3

R1G2VtcZxNziL

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

W czasie wykonywania doświadczenia zwróć uwagę m.in. na wygląd płomienia łuczywa przed i po jego kontakcie z powstałym gazem. We wnioskach odnieś się do postawionej hipotezy.

Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, zapoznaj się ze schematem obrazującym przebieg jego części:

RpTiLNCuvsRrD

Ilustracja składa się z trzech rysunków przedstawiających proces wytwarzania i identyfikacji wodoru. Rysunek numer jeden przedstawia zestaw do otrzymywania i zbierania gazu. Składa się z kolby stożkowej z korkiem i podziałką. Przez korek do wnętrza kolby wprowadzone są wyloty gumowej rurki oraz wiszącego w łapie statywu szklanego przyrządu z kurkiem, zwanego wkraplaczem, służącego do dozowania cieczy. Drugi wylot rurki znajduje się w szerokim i płytkim naczyniu, zwanym krystalizatorem, stojącym obok. Zlewka napełniona jest wodą, a w wodzie znajduje się umieszczona do góry dnem probówka również wypełniona wodą. Koniec rurki znajduje się w probówce. Uwalniający się tam gaz wypełnia wnętrze probówki wypierając z niego wodę. Zawartość wkraplacza to płyn opisany wzorem HCl. W kolbie stożkowej znajduje się szara substancja opisana symbolem Zn. Rysunek numer dwa przedstawia ten sam zestaw już w trakcie reakcji. Kwas solny, HCl ze skraplacza został przelany do kolby stożkowej. W probówce dochodzi do zbierania się gazu. Jej zawartość opisana jest słowem Wodór. Trzeci rysunek przedstawia moment przytknięcia zapalonego łuczywka do odwróconej probówki z wodorem. Efektem jest niewielka eksplozja wodoru wymieszanego z powietrzem.

Pokaż odpowiedź

Obserwacje:
Ciało stałe roztwarza się (zanika). Wydziela się bezbarwny, bezwonny gaz, który „wypycha” wodę z probówki umieszczonej w krystalizatorze.
Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej gazem, zaobserwowano, że płomień się zwiększa, czemu towarzyszy charakterystyczny dźwięk (trzask).

Wnioski:
Cynk reaguje z kwasem chlorowodorowym (solnym). Obserwacja płomienia zapalonego łuczywa w kontakcie z powstającym w wyniku tej reakcji gazem świadczy o tym, że jest to gaz palny, który w kontakcie z powietrzem spala się wybuchowo. Można zatem wnioskować, że jest nim właśnie wodór.

RMAur6I5xE6iA

Zaznacz prawidłową odpowiedź. Wodór zbierany jest do probówki odwróconej do góry dnem i zanurzonej w krystalizatorze z wodą, ponieważ: Możliwe odpowiedzi: 1. jest lżejszy od powietrza, 2. jest wybuchowy, 3. jest reaktywny

Podsumowanie doświadczenia:

Wodór można otrzymać w laboratorium w wyniku reakcji chemicznych niektórych metali z kwasami. W wyniku reakcji cynku z kwasem chlorowodorowym (solnym) wydziela się wodór, który w probówce „zajmuje miejsce” wody. Drugim z produktów reakcji jest związek chemiczny o nazwie chlorek cynku. Zachodzącą reakcję chemiczną można opisać za pomocą następującego równania reakcji:

Wodór jest gazem palnym, co udało się potwierdzić w czasie trwania doświadczenia 1. Wodór, w kontakcie z tlenem zawartym w powietrzu, spala się wybuchowo, z charakterystycznym dźwiękiem. Produktem spalania wodoru jest woda (w postaci pary). W wyniku reakcji chemicznej spalania wodoru wydziela się znaczna ilość energii. Jest to zatem reakcja egzoenergetycznareakcja egzoenergetycznareakcja egzoenergetyczna, a równanie tej reakcji można zapisać jako:

Zwróć uwagę, że na podstawie analizowanego doświadczenia można wnioskować o jeszcze o dwóch właściwościach wodoru. Jest to gaz, który nie reaguje z wodą i jest w niej bardzo słabo rozpuszczalny. Dlatego też, wykonując doświadczenie, mogliśmy zebrać wodór „nad” wodą.

Doświadczenie 2

Sprawdź, czy w wyniku reakcji rozkładu wody, można otrzymać wodór. W tym celu wykonaj doświadczenie 2. Postępuj zgodnie z instrukcją. Napisz obserwacje i wnioski. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, zapoznaj się z zamieszczoną w podpowiedzi grafiką, obrazującą przebieg jego części.
Uwaga: Doświadczenie wykonaj w okularach i rękawicach ochronnych, pod sprawnie działającym wyciągiem.

RWIIHkPBWwi4D

Problem badawczy:. Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Hipoteza 2: Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1., Hipoteza 2.). Co będzie potrzebne: ;. Instrukcja: 1.

Przeprowadzono doświadczenie, w którym sprawdzono, czy w wyniku reakcji rozkładu wody można otrzymać wodór. Przeanalizuj przebieg doświadczenia, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone poniżej.

Problem badawczy:

W jaki sposób można otrzymać wodór?

Hipoteza:

Wodór można otrzymać w reakcji rozkładu wody.

Co było potrzebne:

• aparat Hoffmanna;

• źródło prądu stałego;

• probówka;

• łuczywo;

• zapałki;

• kwas siarkowy(VI);

• woda.

Wykonywane czynności:

1. Aparat do elektrolizy (aparat Hoffmanna) napełniono wodą z dodatkiem kilku kropli kwasu siarkowego(VI).

2. Włączono źródło prądu.

3. Obserwowano zmiany zachodzące na elektrodach, czyli w zewnętrznych cylindrach/ramionach aparatu.

4. Do wylotu kranu cylindra, w którym znajdowało się więcej gazu (czyli w tym przypadku katody) zbliżono wylot probówki. Otworzono kran w taki sposób, aby gaz przedostał się do jej wnętrza.

5. Do wylotu probówki napełnionej gazem zbliżono palące się łuczywo.

6. W celu identyfikacji drugiego gazu, zbliżono tlące się łuczywo do wylotu drugiego kranu cylindra aparatu (tego, w którym było mniej gazu, tutaj: anody) i otworzono go.

7. Obserwowano zachodzące zmiany.

Obserwacje:

Po podłączeniu aparatu Hoffmana do prądu, zaobserwowano, że w zewnętrznych cylindrach (ramionach) aparatu wydzielają się bezbarwne gazy. Gazy te wypierają wodę ze wspomnianych cylindrów i gromadzą się na ich szczycie. Ilość (objętość) jednego z powstających gazów jest dwukrotnie większa od ilości (objętości) drugiego z nich. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej gazem, który zajmował większą objętość w aparacie, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra zawierającego gaz, który zajmował mniejszą objętość, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem).

Wnioski:

W wyniku reakcji chemicznej rozkładu wody, zachodzącej w aparacie Hoffmana, pod wpływem prądu elektrycznego, powstają dwa różne gazy. Jednym z nich jest tlen, który jako gaz podtrzymujący palenie, powoduje zapalenie tlącego się łuczywa. Drugim gazem jest wodór, który – w kontakcie z tlenem z powietrza – spala się wybuchowo, czemu towarzyszy charakterystyczny dźwięk.
Postawiona hipoteza jest zatem prawdziwa – w wyniku reakcji rozkładu wody można otrzymać wodór.

Podsumowanie doświadczenia:

W wyniku rozkładu wody pod wpływem prądu elektrycznego otrzymuje się dwa rodzaje produktów gazowych: wodór i tlen. Zachodzącą reakcję chemiczną opisuje następujące równanie:

$$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2{\mathrm{H}}_2\uparrow +{\mathrm{O}}_2\uparrow$$

woda $$\to$$ wodór + tlen

Wydzielający się w wyniku rozkładu wody wodór zajmuje (w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury) objętość dwa razy większą od objętości wydzielającego się jednocześnie tlenu.

1

Polecenie 4

R132ccupc7w1J

Obserwacje: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

W czasie wykonywania doświadczenia zwróć uwagę m.in. na ilość (objętość) gazów, które powstają w zewnętrznych cylindrach (ramionach) aparatu Hoffmana. We wnioskach odnieś się do postawionej hipotezy. Zastanów się, o czym świadczą zmiany zaobserwowane po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu jednego i tlącego się łuczywa do wylotu drugiego cylindra (ramienia) aparatu.

Pokaż odpowiedź

Przykładowe obserwacje i wnioski: Czy w zapisanych przez Ciebie obserwacjach i wnioskach znajdują się poniższe informacje?

Obserwacje:
Po podłączeniu aparatu Hoffmana do prądu, zaobserwowano, że w zewnętrznych cylindrach (ramionach) aparatu wydzielają się bezbarwne gazy. Gazy te wypierają wodę ze wspomnianych cylindrów i gromadzą się na ich szczycie. Ilość (objętość) jednego z powstających gazów jest dwukrotnie większa od ilości (objętości) drugiego z nich. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej gazem, który zajmował większą objętość w aparacie, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra zawierającego gaz, który zajmował mniejszą objętość, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem).

Wnioski:
W wyniku reakcji chemicznej rozkładu wody, zachodzącej w aparacie Hoffmana, pod wpływem prądu elektrycznego, powstają dwa różne gazy. Jednym z nich jest tlen, który jako gaz podtrzymujący palenie, powoduje zapalenie tlącego się łuczywa. Drugim gazem jest wodór, który – w kontakcie z tlenem z powietrza – spala się wybuchowo, czemu towarzyszy charakterystyczny dźwięk.
Postawiona hipoteza jest zatem prawdziwa – w wyniku reakcji rozkładu wody można otrzymać wodór.

Podsumowanie doświadczenia: W wyniku rozkładu wody pod wpływem prądu elektrycznego otrzymuje się dwa rodzaje produktów gazowych: wodór i tlen. Zachodzącą reakcję chemiczną opisuje następujące równanie:

$$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2{\mathrm{H}}_2\uparrow +{\mathrm{O}}_2\uparrow$$

woda $$\to$$ wodór + tlen

Wydzielający się w wyniku rozkładu wody wodór zajmuje (w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury) objętość dwa razy większą od objętości wydzielającego się jednocześnie tlenu.

RhiOGwDVwSM6x

Przyporządkuj nazwę gazu do cech zaobserwowanych podczas doświadczenia. Wodór Możliwe odpowiedzi: 1. Bezbarwny gaz wypierający wodę z cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej tym gazem, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk., 2. Gaz gromadzący się na szczycie cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra wypełnionego tym gazem, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem). Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Bezbarwny gaz wypierający wodę z cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej tym gazem, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk., 2. Gaz gromadzący się na szczycie cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra wypełnionego tym gazem, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem).

Przyporządkuj nazwę gazu do cech zaobserwowanych podczas doświadczenia. Wodór Możliwe odpowiedzi: 1. Bezbarwny gaz wypierający wodę z cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej tym gazem, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk., 2. Gaz gromadzący się na szczycie cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra wypełnionego tym gazem, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem). Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Bezbarwny gaz wypierający wodę z cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu zapalonego łuczywa do wylotu probówki wypełnionej tym gazem, płomień zwiększa się i słychać charakterystyczny dźwięk., 2. Gaz gromadzący się na szczycie cylindrów aparatu Hoffmanna. Po zbliżeniu tlącego się łuczywa do wylotu cylindra wypełnionego tym gazem, zaobserwowano zapalenie się łuczywa (łuczywo paliło się jasnym płomieniem).

R14TYIX9ik3nX

Ilustracja przedstawia schematycznie sposób otrzymywania wodoru w reakcji rozkładu wody pod wpływem prądu elektrycznego, czyli elektrolizy. Rysunek przedstawia tak zwany aparat Hofmanna mający postać trzech wysokich cylindrów szklanych połączonych ze sobą w dolnej części. Środkowy cylinder jest otwarty i przez niego do aparatu wlewa się wodę. W dolnej części kończy się on na poziomej rurce łączącej go z pozostałymi cylindrami. Cylindry boczne są nieco przedłużone w dół i w dolnej części, poniżej połączeń z rurką poziomą, zawierają po jednej elektrodzie. Na ilustracji, z lewej strony, znajduje się anoda, do której podłączono dodatni biegun baterii, a z prawej strony katoda, do której podłączono biegun ujemny. Na rysunku aparat wypełniony jest wodą, a z obu elektrod wydzielają się gazy. Zgodnie z podpisem po lewej stronie jest to tlen, a po prawej wodór. Boczne cylindry zaopatrzone są zawory w górnej części, co pozwala zablokować ujście gazu, a przez to obserwować jego zbieranie się i zmierzyć objętość. Na rysunku, wodoru w prawym cylindrze jest wyraźnie mniej niż tlenu w lewym.

Dla zainteresowanych

W przypadku, kiedy nie masz do dyspozycji aparatu Hoffmana, doświadczenie nr 2 możesz wykonać z wykorzystaniem bardziej dostępnych przyrządów.

Przygotuj: baterię 9 V typu 6F22 lub 6LR61, dwie w całości metalowe pinezki, plastikowy (najlepiej przezroczysty) kubek, dwie niewielkie probówki łyżeczkę, wodę, sodę oczyszczoną.

Instrukcja: W dnie plastikowego kubka umieść pinezki (przebij nimi kubek tak, aby główka każdej pinezki znajdowała się po zewnętrznej stronie kubka i ściśle przylegała do jego dna). Pinezki powinny być od siebie oddalone na taką samą odległość jak bieguny w baterii. Do kubka (z pinezkami) nalej ok. ¾ jego objętości wody i wsyp niewielką ilość sody oczyszczonej. Całość dokładnie wymieszaj. Probówki napełnij wodą i ostrożnie (tak by woda z nich nie wypłynęła) umieść je do góry dnem w kubku (wylot każdej z probówek powinien znajdować się nad nóżką innej pinezki). Tak zmontowany zestaw umieść delikatnie na baterii w taki sposób, aby główka każdej z pinezki stykała się z innym biegunem baterii. Bieguny baterii możesz również połączyć z główkami pinezek za pomocą metalowych drucików.

R1MewhjC27xLQ

Na grafice przedstawiono zestaw zbudowany z baterii o napięciu 9 V, typu 6F22 lub 6LR61, na której umieszczony jest kubek wypełniony roztworem podpisanym: woda + soda oczyszczona. Na dnie kubka widoczne są dwie pinezki, każda z nich ułożona jest ostrzem do góry na obu biegunach baterii. Nad nimi, w kubku znajdują się dwie probówki odwrócone do góry dnem. Wyloty probówek stykają się powierzchnią z taflą cieczy. Probówka po lewej stronie podpisana jest O₂(g), probówka po prawej H₂(g).

Polecenie 6

Zapoznaj się z poniższą animacją, a następnie oceń, które z zapisanych stwierdzeń są prawdziwe, a które fałszywe.

Ru0aVjGHzArcR

Na animacji zaprezentowano gęstość pięciu różnych gazów: dwutlenku węgla, tlenu, powietrza, helu i wodoru poprzez wypełnienie nimi balonów. Animacja nie posiada lektora ani napisów.

Na animacji zaprezentowano gęstość pięciu różnych gazów: dwutlenku węgla, tlenu, powietrza, helu i wodoru poprzez wypełnienie nimi balonów. Animacja nie posiada lektora ani napisów.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/Ru0aVjGHzArcR

Na animacji zaprezentowano gęstość pięciu różnych gazów: dwutlenku węgla, tlenu, powietrza, helu i wodoru poprzez wypełnienie nimi balonów. Animacja nie posiada lektora ani napisów.

R1F78H1M2w9Dw

Łączenie par. . Tlen ma mniejszą gęstość od wodoru.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Wodór i hel to gazy o gęstości mniejszej od gęstości powietrza.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Najmniejszą gęstość spośród zawartych w animacji gazów ma hel.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Łączenie par. . Tlen ma mniejszą gęstość od wodoru.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Wodór i hel to gazy o gęstości mniejszej od gęstości powietrza.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Najmniejszą gęstość spośród zawartych w animacji gazów ma hel.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Wodór ma mniejszą gęstość od gęstości powietrza. Gęstość gazowego wodoru, w warunkach pokojowych, wynosi ok. $0,09 \frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{dm}}^3}$, podczas gdy w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury gęstość powietrza jest równa ok. $1,3 \frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{dm}}^3}$. A zatem wodór unosi się w powietrzu. W związku z tym, jedną z metod jego zbierania, powstającego w niewielkiej ilości, w wyniku przeprowadzanych doświadczeń, jest zbieranie go w probówce odwróconej do góry dnem.

RQ4sG1fHAHMzU

Na grafice przedstawiono pustą szklaną probówkę odwróconą do góry dnem. U wlotu probówki znajduje się przezroczysta rurka. Na drugim końcu rurki znajduje się strzałka wskazująca na tę rurkę z podpisem: wodór (g).

Pamiętaj, że jeśli chcesz „zatrzymać” wodór w probówce, przed odwróceniem należy tę probówkę zatkać korkiem.

Zastosowanie wodoru

Właściwości wodoru – m.in. jego mała gęstość, palność, duża reaktywność chemiczna, a także to, że nie nie jest toksyczny – sprawiły, że znalazł on szerokie zastosowania w różnych gałęziach przemysłu. Za licznymi zastosowaniami wodoru przemawia również fakt, że jest gazem otrzymywanym z wody, czyli powszechnie dostępnego surowca, który, podobnie jak wodór, nie jest toksyczny. Co prawda, do pozyskania wodoru z wody konieczne jest wykorzystanie energii elektrycznej (co wiąże się z odpowiednimi nakładami finansowymi), ale również sam wodór może „produkować” energię elektryczną.

Wodór jest surowcem do syntezy wielu związków chemicznych, m.in. amoniaku (związku chemicznego o wzorze sumarycznym ${\mathrm{NH}}_3$), używanego w przemyśle do produkcji nawozów sztucznych. W przemyśle spożywczym stosuje się go w procesie produkcji margaryny, a w przemyśle farmaceutycznym do produkcji leków.

Jako czynnik chłodzący, jest stosowany do zamrażania produktów spożywczych, a nawet do chłodzenia generatorów dużej mocy stosowanych w elektrowniach. Dawniej używano go także do przygotowywania sztucznych lodowisk.

Wodór znalazł także zastosowanie w palnikach wodorowo‑tlenowych do precyzyjnego cięcia i spawania metali, m.in. przez jubilerów.

Obecnie, w środkach transportu, coraz częściej wykorzystuje się tzw. ogniwa paliwowe (zamieniające energię chemiczną na elektryczną). Ciekły wodór był także stosowany jako paliwo napędowe promów kosmicznych.

Szczegółowe omówienie wybranych zastosowań wodoru zostało przedstawione w poniższej galerii zdjęć.

RRFIbUqfJwSLz

Na zdjęciu ukazano widziany od tyłu zielony traktor z przyczepą, jadący po porośniętym trawą polu. Za pojazdem unoszą się kłęby szarego dymu. W tle znajdują się bezlistne drzewa, a za nimi dachy domów.

RXfUSWTjFQOej

Na ilustracji ukazano motocykl stojący na powierzchni z szaro‑białych kafelków. Pojazd ma kolor biało‑czarny z czerwonymi elementami. Na jego ramie oraz na kierownicy umieszczone zostało nakrycie wykonane z połyskującego materiału. Ma ono kolor czarno‑biało‑zielono‑żółty.

R1TlKcz73rXQA

Na pierwszym planie ilustracji znajduje się pas zieleni, a za nim pas ziemi, po bokach którego wyrastają drzewa i krzewy. Dalej znajdują się liczne szare budynki i kominy, z których wydobywa się dym oraz biało‑czerwone wieże należące do rafinerii. Powyżej niebo jest niebieskie, przesłonięte delikatnymi chmurami.

RXtzvF0DeAexe

Na zdjęciu znajduje się żółta, pokrojona w kostki margaryna, leżąca na białym papierze spożywczym. Obok oraz przed nią stoją dwa białe, porcelanowe naczynia, w których znajduje się mąka.

RM1FU50l3IL66

Na zdjęciu ukazano dużą skałę umieszczoną na zielonej trawie. Dolna część skały ma prostokątny kształt, a na górze jest spadzista. Z przodu jej powierzchnia jest stosunkowo gładka, z nielicznymi pęknięciami, natomiast z brzegu i na górze jest nierówna i chropowata. Skała ma barwę na przemian szaro‑niebiesko‑czerwoną, gdzieniegdzie znajdują się białe odcienie. Kolory te tworzą pofalowane linie układające się w poprzek skały.

R2o65JujTwFCD

Na zdjęciu ukazano znajdujący się w hali generator prądu elektrycznego. Jest to duże, metalowe urządzenie o skomplikowanej budowie, składające się z wielu komponentów. Na pierwszym planie znajduje się wiele półowalnych zbiorników połączonych ze sobą za pomocą różnej wielkości rur. Dalej znajduje się większy półowalny zbiornik z wychodzącą z niego szeroką rurą, która skierowana jest w górę, a następnie skręca poziomo do ziemi. Pod nią znajdują się trzy duże, żółte, zaokrąglone na górze zbiorniki. Na końcu znajduje się czerwone urządzenie – turbogenerator.

R8bq19QDlWE1w

Na pierwszym planie ilustracji znajduje się wysoki krzew porośnięty białymi kwiatkami, a obok niego jest podobny krzew z żółtymi kwiatami. Za nimi umieszczona jest szara wieża o zaokrąglonych krawędziach, na czubku której znajduje się biały balon meteorologiczny. Do wieży z czterech stron przymocowane są elementy w kształcie połowy ośmiokątów foremnych.

RtM0aNheWRzG4

Na zdjęciu ukazano lecące nad Kapadocją kolorowe balony. W dole znajdują się wysokie, jasne, szpiczaste skały oraz pojedyncze krzewy. Niebo jest błękitne, lekko przesłonięte przez delikatne, białe chmury.

RIwfoPhkdiWjO

Na ilustracji ukazano startującą rakietę. Zdjęcie zostało wykonane w nocy, całe otoczenie jest czarne, z wyjątkiem biało‑niebieskiej rakiety, podświetlonych na kolor pomarańczowy, szarych kłębów dymu wydobywających się z silnika oraz kilku szarych budynków znajdujących się dookoła.

Rmz6At7vmWSoo

Na zdjęciu ukazano budowę silnika samochodowego. W centrum znajduje się duży prostokątny element z napisem: „Hydrogen power", do którego z dwóch stron podłączonych jest po sześć rurek przyłączonych do cieńszych prostokątnych elementów. Dodatkowo do centralnej części silnika przyłączonych jest wiele czarnych kabli i srebrnych rurek, które znikają pośród otaczających je pozostałych elementów: zbiorników, zaworów i przewodów.

R1C9yZ60ZjiDx

Zdjęcie przedstawia nowoczesny biały autobus stojący na parkingu przed budynkiem biurowym firmy Solaris.

Mimo wielu zalet, które wynikają z właściwości fizycznych i chemicznych wodoru, jego wykorzystanie jako paliwa nadal wydaje się być ograniczone. Wynika to m.in. z wysokich kosztów produkcji wodoru oraz z trudności z jego użytkowaniem, wynikających głównie z wybuchowego spalania.

Podsumowanie

• Wodór jest pierwiastkiem najbardziej rozpowszechnionym we wszechświecie. W przyrodzie występuje najczęściej w formie związanej z atomami innych pierwiastków chemicznych, a w niewielkich ilościach również w postaci gazu, utworzonego z dwuatomowych cząsteczek.

• Czysty wodór pali się, ale nie podtrzymuje palenia. Jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, o najmniejszej gęstości, ok. 14 razy lżejszym od powietrza. Z tlenem tworzy mieszaninę wybuchową.

• Wodór można otrzymać w warunkach laboratoryjnych m.in. w reakcjach niektórych metali z kwasami oraz w reakcji rozkładu wody pod wpływem prądu elektrycznego.

• Do identyfikacji wodoru w warunkach laboratoryjnych można wykorzystać zapalone łuczywo – spalaniu wodoru na powietrzu (w kontakcie z tlenem) towarzyszy charakterystyczny trzask.

• Wodoru używa się m.in. do produkcji amoniaku, kwasu solnego i margaryny oraz jako paliwa ekologicznego.

Słownik

Henry Cavendish1810Londyn1731Nicea

R1czPbqFJttF5

Czarno‑biała rycina przedstawiająca z profilu angielskiego fizykochemika Henry'ego Cavendisha. Mężczyzna o wyglądzie arystokraty ubrany jest w surdut oraz koszulę z rękawami ozdobionymi falbaną. Na głowie mężczyzny znajduje się rokokowa peruka pod trójkątnym kapeluszem.

Henry Cavendish

1731 Nicea – 1810 Londyn

Henry Cavendish (czyt. henry kawendisz) – angielski fizykochemik. Zajmował się badaniem gazów i roztwarzaniem metali w kwasach. Jako pierwszy zauważył, że powstającym w wyniku tych reakcji gazem nie jest powietrze. Uważany za odkrywcę wodoru. Sformułował prawa znane jako prawo Ohma i prawo Coulomba, lecz ich nie opublikował.

Antoine Lavoisier1794Paryż1743Paryż

RbKbgKahJC2v8

Monochromatyczny portret w odcieniach sepii przedstawiający francuskiego chemika Antoine'a Lavoisiera. Mężczyzna w czarnej marynarce i białej koszuli z żabotem spogląda w lewą stronę, na głowie ma białą perukę z lokami po bokach twarzy.

Antoine Lavoisier

1743 Paryż – 1794 Paryż

Francuski chemik Antoine Lavoisier (czyt. antła lawłazier), ojciec nowoczesnej chemii. Dzięki zastosowaniu metod ilościowych, opisał proces spalania, obalając teorię flogistonową. Jego badania pozwoliły na uznanie wodoru za pierwiastek. Nazwał go hydrogenium (rodzący wodę).

Jędrzej Śniadecki1838Wilno1768Rydlewo koło Żnina

Ru0dP7oeWS51x

Na ilustracji przedstawiono portret Jędrzeja Śniadeckiego. Mężczyzna ma na sobie płaszcz, spod którego wystaje biała koszula z żabotem. Mężczyzna ma rzadkie blond włosy.

Jędrzej Śniadecki

1768 Rydlewo koło Żnina – 1838 Wilno

Polski lekarz, biolog, chemik, filozof i publicysta‑satyryk. Opracował pierwszą polską terminologię chemiczną i napisał pierwszy polski podręcznik do chemii pt. Początki chemii (znany też pod tytułem: Krótki rys chemii). W podręczniku tym znalazła się nazwa wodoród w odniesieniu do wodoru.