Wodór, pierwszy w układzie okresowym, jest pierwiastkiem reaktywnym, pozbawionym koloru, zapachu i smaku. Przed odkryciem przez angielskiego chemika Henry’ego Cavendisha w roku 1766 był często mylony z innymi substancjami. Cavendish wykazał istnienie nowego gazu poprzez działanie kwasem siarkowym na metale, a później udowodnił, że jest on niezależną substancją, która wraz z tlenem tworzy cząsteczki wody. W roku 1781 inny brytyjski chemik, Joseph Priestley, nazwał ten gaz palnym powietrzem. Nazwę hydrogenium (łac. tworzący wodę) nadał temu pierwiastkowi Antoine Laurent Lavoisier.
Wodór jest najlżejszym ze wszystkich znanych gazów. W 1898 roku, po raz pierwszy skroplił go Brytyjczyk Sir James Dewar (to ten gościu, co wymyślił termos). W tej postaci wodór jest pozbawiony barwy, lecz w grubych warstwach wykazuje lekko niebieskawy odcień. Atomy tego pierwiastka występują jako mieszanina trzech izotopów: zwykłego wodoru, deuteru oraz trytu. Jądro atomowe deuteru składa się z protonu i neutronu, natomiast tryt posiada oprócz protonu także dwa neutrony.
Na Ziemi wolny wodór można spotkać tylko w małych ilościach w atmosferze. Związki wodoru pełnią ważną rolę w wielu procesach chemicznych, woda i substancje organiczne są jednym z podstawowych budulców materii ożywionej. Czytelniku, jeśli chcesz wiedzieć ile kilogramów wodoru znajduje się w Twoim ciele, to pomnóż jego masę (ciała, w kg) przez 9,31 i podziel wynik przez 100. Co? Tylko kilka kilogramów? Spokojnie, więcej jest tylko węgla i tlenu… We wszechświecie wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem, stanowi podstawowy budulec gwiazd. We Wszechświecie 92 atomy na 100, to atomy wodoru. Dzięki wodorowi zmieniającemu się w hel na Słońcu, Ty możesz jeść, pić, siedzieć przed komputerem, czytać gazety, oglądać telewizję, chodzić do szkoły/uczelni/pracy, spóźniać się na autobus itd.
Duże ilości wodoru wykorzystuje się do produkcji amoniaku oraz w procesie syntezy alkoholu metylowego. Wodór jest także często stosowany do uszlachetniania różnego rodzaju paliw. Używa się go również do utwardzania tłuszczów (w ten sposób wytwarza się margarynę). Jako najlżejszy z gazów wykorzystywany był dawniej do wypełniania balonów. Jednakże niebezpieczeństwo wybuchu takiego balonu spowodowało wyparcie wodoru przez hel. Przykładem może być katastrofa sterowca “Hindenburg” 6 maja 1937 roku nad lotniskiem Lakehurst w New Jersey. Był on wypełniony wodorem. Cała katastrofa trwała zaledwie 32 sekundy.
Mały płomyk na ogonie statku w ciągu kilku sekund zmienił się w ogromną kulą ognia. Dzięki szczęśliwemu zbiegowi okoliczności zginęło tylko 35 osób z 97 będących na pokładzie sterowca. Coraz większe nadzieje wiąże się z tym pierwiastkiem jako potencjalnym paliwem przyszłości. Będzie się je wytwarzać dzięki rozkładowi wody przy wykorzystaniu energii słonecznej. Główną wadą tego rozwiązania jest wyjątkowa wybuchowość wodoru.
Na koniec wykonajmy proste 😉 doświadczenie z wodorem.
Zrobimy sobie małą eksplozję tego gazu. Eksplozja, jako że mała, nie powinna być zbyt niebezpieczna. Radzę jednak być ostrożnym i nie bać się efektów akustycznych towarzyszących doświadczenie :). Główną trudnością jest otrzymanie wodoru w warunkach domowych. Przedstawię Ci tu dwa, moim zdaniem najprostsze, sposoby otrzymania wodoru:
1) Pierwszy sposób to elektroliza. Potrzebne będą:
-bateryjka płaska 4,5V
-elektrody – najlepiej rozciąć starą baterię (np. zwykłą 1,5V; nie alkaliczną), po wyjęciu z niej czarnej mazi (łatwo się ubrudzić, plamy trudno sprać, dlatego radzę się zbytnio nie upaprać 🙂 okaże się, iż w środku jest czarna pałeczka. Jest to elektroda grafitowa. Potrzebne nam będą dwie takie, więc musisz rozciąć dwie bateryjki. Jeśli nie chcesz się męczyć, to możesz wziąć dwa gwoździe stalowe.
-kabelki w izolacji
-jakaś miseczka
-probówki, ale jeśli takich nie masz to weź małe słoiczki z wąską szyjką
-jakąś sól, najlepiej saletrę potasową (KNO3, można dostać w sklepie spożywczym) lub sól gorzką (MgSO4, do kupienia w aptece). W ostateczności użyć można soli kuchennej (NaCl), lecz wtedy będzie się wydzielać chlor – gaz trujący – wtedy doświadczenie prowadzić należy przy otwartym oknie. Jeśli weźmiemy sól kuchenną, to proponuję zajrzeć do NN 16 – jest tam tekst tow. Bieruta o chlorze, możemy przy okazji wykonać doświadczenie tam opisane.
-i wodę, czyli zwykłe H2O
Gdy masz już to wszystko, możemy zaczynać. Weź miseczkę, napełnij ją wodą, w tej wodzie rozpuść trochę soli, którą posiadasz. W tak przygotowanym roztworze umieszczasz odwrócone do góry dnem, wypełnione wodą probówki. Do tych probówek wkładasz elektrody, połączone izolowanymi kabelkami z baterią. Gdy tylko podłączysz napięcie, gazy zaczną się wydzielać. Na elektrodzie połączonej z ujemnym biegunem baterii będzie się wydzielał interesujący nas wodór. Na drugiej elektrodzie (“+”) będzie się wydzielać tlen lub chlor (zależy to od soli, którą wziąłeś do elektrolizy).
2) Drugi sposób jest trochę prostszy, lecz otrzymany wodór nie będzie już tak czysty jak w sposobie pierwszym – ale i na to znajdziemy sposób. Tym razem potrzebujemy:
-dwie probówki lub dwa małe słoiczki
-wodorotlenek sodu (NaOH) – nadaje się produkt zwany “Kretem”. Służy on do przepychania rur, składa się głównie z NaOH. Interesuje nas on pod postacią granulek, nie płynu.
-folia aluminiowa, czyli glin (Al)
-woda
Na początek w jednej probówce rozpuść kilka granulek NaOH w niewielkiej ilości wody. Podczas rozpuszczania tego związku wydziela się dużo ciepła (probówka się rozgrzewa), czasami naczynie może pęknąć, a NaOH jest związkiem żrącym, więc można się dotkliwie poparzyć. Aby temu zapobiec, najlepiej jest włożyć probówkę do innego naczynia wypełnionego zimną wodą. Do tak spreparowanego roztworu wrzucamy małą kuleczkę z folii aluminiowej. Roztwór zaczyna się pienić, kuleczka podskakiwać, wydziela się gaz. Jest to wodór, który zbieramy w drugiej probówce, odwróconej do góry dnem, nadstawionej nad probówką pierwszą. Wodór będzie się wydzielać aż do momentu, w którym aluminium rozpuści się całkowicie lub skończy się NaOH w roztworze. Już wiecie, dlaczego na opakowaniach “Kreta” pisze: “Nie stosować do instalacji z aluminium”? 🙂
Gdy już mamy zgromadzony wodór, to bierzemy zapałkę, zapalamy ją, bierzemy probówkę z wodorem (do góry dnem!), podkładamy ją pod zapałkę, odwracamy i … nie wystraszamy się “łupnięcia”. Jeśli by ono nie nastąpiło to znaczy, że wodór nam się musiał ulotnić i doświadczenie niestety należy powtórzyć. Wylot probówki nie powinien być zbyt oddalony od płomienia.
Podam teraz Ci, Drogi Czytelniku, małą modyfikację drugiego sposobu otrzymywania wodoru. Po rozpuszczeniu się NaOH, przed wrzuceniem kuleczki aluminiowej, do roztworu dodajemy jedną, dwie krople (i nie więcej) płynu do mycia naczyń. W ten sposób wodór będzie się gromadził w wytwarzającej się pianie, którą można z łatwością zapalić zapałką. Teraz słychać tzw. “charakterystyczne pyknięcie” towarzyszące spalaniu się czystego wodoru, bez domieszek powietrza czy tlenu. Staraj się nie dotykać tej piany i nie rozrzucać jej wokoło. Zawiera ona NaOH, środek żrący i parzący skórę (sam się poparzyłem, to wiem…) Jeśli już by Ci się zdarzyło mieć kontakt z tą pianą, to spłucz ją wodą i zrób sobie okład z octu lub soku z cytryny.
Małe wyjaśnienie na koniec. Wodór jest gazem lżejszym od powietrza – dlatego musiałeś trzymać probówkę do góry dnem. Podczas wszystkich “wybuchnięć” wodoru powstaje woda pod postacią pary wodnej. Czysty wodór spala się spokojniej, niż wodór zmieszany z tlenem lub powietrzem.
Przygotował
Dexter – dexter006@kki.net.pl
Tekst pochodzi z magazynu internetowego NoName.
