Ūdeņradis
Atklāšanas vēsture
Ūdeņradi 1766. gadā atklāja angļu ķīmiķis Kevendišs. Ūdeņradi viņš ieguva sālsskābes reakcijā ar dzelzi un konstatēja, ka šīs gāzes degšanas produkts ir ūdens. Tādēļ 1783. gadā Lavuazjē ieteica gāzei piešķirt nosaukumu „ūdeņradis” (Jansons 1994).
Ūdeņraža uzbūve un atrašanās periodiskajā tabulā
Ūdeņradis sastāv no viena protona un viena elektrona, tas ir pirmais elements periodiskajā tabulā.
Atomskaitlis 1
Atommasa 1.007825 g.mol -1
Blīvums 0.0899*10 -3 g.cm -3 at 20 °C
Kušanas temperatūra – 259.2 °C
Vārīšanās temperatūra – 252.8 °C
Izotopu skaits 3
Elektroni 1s1
(Anonymous 2007)
Ūdeņradis dabā
Ūdeņradis ir otrais izplatītākais elements zemes hidrosfērā. Tas ietilpst ūdens, daudzu minerālu un iežu, naftas, akmeņogļu, dabasgāžu, visu dzīvo organismu sastāvā. Brīvā veidā ūdens sastāv no divatomu molekulām H2, kas uz Zemes sastopams niecīgā daudzumā – lielākoties vulkānu izvirdumu gāzēs un dabasgāzē (Jansons 1994).
Kosmosā ūdeņradis ir visbiežāk sastopamais elements. 50% saules masas sastāv no ūdeņraža. Tā kā gan Saule, gan citas zvaigznes ir ļoti karstas, tur atrodamais ūdeņradis eksistē protonu formā un kodolreakciju rezultātā, izdalot lielu enerģijas daudzumu, pārvēršas par hēliju. Šāda enerģija ļauj zvaigznēm spīdēt miljardu gadu garumā (Bergmais 1998).
Ūdeņraža iegūšana
Ūdeņradi laboratorijā iegūst cinka vai dzelzs reakcijā ar sālsskābes vai sērskābes šķīdumiem:
Zn + 2HCl → Zn Cl2 + H2↑
Rūpniecībā ūdeņradi iegūst no dabasgāzes un no naftas pārstrādes gāzēm :
CH4 +2 H2O → 4H2 + CO2
(Bergmais 1998). Aptuveni 40% no rūpnieciski ražotā ūdeņraža tiek izmantots amonjaka ražošanā, kas savukārt lielākoties tiek izmantots kā mēslošanas līdzeklis lauksaimniecībā (Anonymous).
Ūdeņraža īpašības
Ūdeņradis H2 ir bezkrāsaina gāze bez smakas. Ūdeņradis slikti šķīst ūdenī, bet labi dažos metālos (platīnā, niķelī pallādijā). Savu nelielo izmēru dēļ ūdens labi difundē caur dažādām porainām membrānām un pat plānām metāla plāksnēm (Jansons 1994). Ķīmiskajās readcijās ūdeņraža atomi oksidējas, respektīvi zaudē savu vienīgo elektronu (Bergmanis 1998).
Ūdeņradis ir spēcīgs reducētājs, tas reaģē ar visiem nemetāliem, kā arī ar daudzām saliktām vielām.
H2 + F2 → 2HF (Bergmais 1998).
Augstās temperatūrās H2 reaģē ar metāla oksīdiem, veidojot ūdens tvaikus un metālu (Anonymous).
Augsta temperatūra
CuO + H2
Cu + H2O
Ūdeņradis oksidē metālus, tas reaģē ar sārmu un sārmzemju metāliem (Jansons u.c. 1994).
2Na+ H2 → 2NaH
Ūdeņradis ir viegli uzliesmojoša viela. Gaisā tā deg jau sasniedzot 4% koncentrāciju un veido ūdeni.
2 H2 + O2 → 2 H2O
Saskarē ar skābekli var rasties sprādziens. (Anonymous 2006)
Ūdeņraža izmantošana
Visplašāk ūdeņradi lieto amonjaka sintēzei. Ūdeņradis ir visvieglākā gāze, tāpēc 19. un 20. gadsimtā to lietoja gaisa balonu un dirižabļu pildīšanai. Mūsdienās ūdeņradi izmanto balonos zinātnisku ierīču nogādāšanai atmosfēras augšējos slāņos. Ūdeņradi izmanto hidrogenēšanas reakcijās, kurās piesātina taukus, no aldehīdiem iegūst spirtus utt. Ūdenim oksidējoties ar tīru skābekli rodas ļoti augsta temperatūra. To izmanto, lai kausētu un metinātu grūti kūstošus metālus. Ūdeņradi izmanto arī par degvielu raķešu dzinējos.
Atomenerģijas iegūšanai nozīmīgi ir ūdeņraža izotopi deiterijs un tritijs. (Bergmanis 1998)