Vodik
- raspraviti rasprostranjenost vodika u Svemiru
- navesti načine dobivanja vodika
- povezati fizikalna i kemijska svojstva vodika s njegovom primjenom
- prosuditi ekološku prihvatljivost vodika kao goriva
Uvod
Pogledajte sljedeći videozapis i zaključite zašto vodik čini tri četvrtine mase svemira.
Zvijezde su usijane kugle vodika i helija.
Prisjeti se što je helij?
S njime se pune baloni i lakši je od zraka.
Zvijezda našeg sustava je Sunce.
Masu Sunca 71 % čini vodik,
28 % helij i manje od 1 % svi ostali elementi.
Zvijezde su usijane kugle vodika i helija. Zvijezda našeg sustava je Sunce. Oko 71 % mase Sunca čini vodik, 28 % helij i manje od 1 % svi ostali elementi.
Riješeni primjer
Marko je na internetu pročitao da smo svi građeni od zvijezdane prašine i da u svom tijelu, u različitim spojevima, sadržimo oko 10 % vodika. Zanimalo ga je koliko je vodika u njegovom tijelu. Stao je na digitalnu vagu koja je pokazala točno 57,5 kg. Istog trenutka je znao kolika je masa vodika u njemu. Računskim putem otkrijte tu vrijednost.
Zadano je:
Traži se:
Račun:
Odgovor: Masa vodika u tijelu je 5,75 kg.
Vodika u elementarnom stanju na Zemlji ima znatno manje.
Nalazi se u na višim slojevima atmosfere i u sastavu vulkanskih plinova.
Vodik se spaja s gotovo svim elementima.
Nalazi u sastavu brojnih spojeva.
Voda je najvažniji spoj vodika.
Prisjetimo se da je voda kemijski spoj
koja se može rastaviti na elementarne tvari – vodik i kisik.
Razlaganje vode na vodik i kisik može se predočiti zapisom:
voda→ vodik + kisik
Vodik se iz vode dobiva postupkom elektrolize vode uz pomoć električne struje.
Tom promjenom nastaju plinovi vodik i kisik u volumnom omjeru 2 : 1.
Elektroliza vode se u laboratoriju može vršiti u Hoffmanovom aparatu ili nekom sličnom uređaju.
U elementarnom stanju vodika na Zemlji ima znatno manje, nalazi se u na višim slojevima atmosfere i u sastavu vulkanskih plinova.
Vodik se spaja s gotovo svim kemijskim elementima pa se nalazi u sastavu brojnih kemijskih spojeva. Najvažniji spoj vodika je voda.
Prisjetimo se da je voda kemijski spoj koja se može rastaviti na elementarne tvari – vodik i kisik.
Razlaganje vode na vodik i kisik može se predočiti zapisom:
Vodik se iz vode dobiva postupkom elektrolize. Tom promjenom nastaju plinovi vodik i kisik u volumnom omjeru 2 : 1. Elektroliza vode se u laboratoriju može vršiti u Hoffmanovom aparatu ili nekom sličnom uređaju.
Vodik se u laboratorijima , u malim količinama, osim elektrolizom vode,
može dobiti djelovanjem nekih metala i kiselina.
Uvjerite se u to i sami sljedećim pokusom.
U laboratoriju se vodik, u malim količinama, osim elektrolizom vode, može dobiti djelovanjem nekih metala i kiselina. Uvjerite se u to i sami sljedećim pokusom.
Što zaključujemo?
Vodik je nastao reakcijom cinka i klorovodične kiseline.
Osim vodika, tom reakcijom nastaje i cinkov klorid.
Reakciju možemo zapisom prikazati ovako:
Izvodeći pokuse upoznali smo neka karakteristična svojstva vodika.
Vodik je pri sobnoj temperaturi plin, manje gustoće od zraka,
bez boje i mirisa.
Slabo se otapa u vodi, gori,
ali ne podržava gorenje.
Ima najmanju gustoću od svih plinova.
Vodik je lako zapaljiv, a pomiješan sa zrakom tvori eksplozivni plin praskavac.
Pri gorenju vodik se s kisikom spaja u vodu.
gorenje
vodik + kisik → voda
Tijekom reakcije oslobađa se velika količina topline.
Reakcija je vrlo brza odnosno eksplozivna.
Stoga se paljenje vodika mora provoditi vrlo oprezno.
Najjaču eksploziju izaziva smjesa u kojoj je volumni omjer vodika i kisika 2 : 1.
Zaključak pokusa:
Da smo prikupljali vodik u više epruveta sljedeće epruvete bi sadržavale čisti vodik bez primjesa zraka. Možete li objasniti zašto? Što zaključujemo?
Pokusom smo priredili vodik reakcijom cinka i vodene otopine klorovodične kiseline. Tom reakcijom osim vodika nastaje i cinkov klorid. Reakciju možemo zapisom prikazati ovako:
Izvodeći pokuse upoznali smo neka karakteristična svojstva vodika.
Vodik je pri sobnoj temperaturi plin lakši od zraka, bez boje i mirisa. slabo se otapa u vodi, gori, ali ne podržava gorenje. Ima najmanju gustoću od svih plinova.
Vodik je lako zapaljiv, a pomiješan sa zrakom tvori eksplozivni plin praskavac. Pri gorenju vodik se spaja s kisikom u vodu. Tijekom reakcije oslobađa se velika količina topline, reakcija je vrlo brza odnosno eksplozivna. Stoga se paljenje vodika mora provoditi vrlo oprezno. Najjaču eksploziju izaziva smjesa u kojoj je volumni omjer vodika i kisika 2 : 1.
Vodik je najlakši plin te su se njime početkom prošloga stoljeća punili zračni brodovi cepelini.
Najpoznatiji zračni brod iz toga vremena bio je njemački cepelin Hindenburg dugačak 245 m.
Njime se odvijao putnički promet između Europe i Amerike.
Cepelin Hindenburg, 6. ožujka 1937. godine eksplodirao je pri pokušaju slijetanja u američki New Jersey.
Ta je tragedija označila kraj uporabe cepelina kao prijevoznoga sredstva.
Danas se tehnologija izrade modernih cepelina temelji na prednostima novih materijala te uporabi helija.
Njihova primjena još uvijek nije komercijalna.
Istražite tko je i kada konstruirao zračni brod i zašto se „cepelin” ne zove „švarcoplan”.
Zračni brod
Vodik je najlakši plin te su se njime početkom prošloga stoljeća punili zračni brodovi cepelini. Najpoznatiji zračni brod iz toga vremena bio je njemački cepelin Hindenburg dugačak 245 m. Njime se odvijao putnički promet između Europe i Amerike. Cepelin Hindenburg, 6. ožujka 1937. godine eksplodirao je pri pokušaju slijetanja u američki New Jersey. Ta je tragedija označila kraj uporabe cepelina kao prijevoznoga sredstva.
Danas se tehnologija izrade modernih cepelina temelji na prednostima novih materijala te uporabi helija. Njihova primjena još uvijek nije komercijalna.
Istražite tko je i kada konstruirao zračni brod i zašto se „cepelin” ne zove „švarcoplan”.
Uporaba vodika
Vodik se koristi u proizvodnji gnojiva, farmaceutskoj industriji,
autoindustriji za pokretanje vozila, prehrambenoj industriji za proizvodnju margarina iz biljnog ulja
i drugim područjima.
Zapaljen u kisiku, vodik gori.
Pri tome se oslobađa velika toplina koja se koristi za zavarivanje i rezanje metala.
Za tu se svrhu rabi posebno građeni Daniellov plamenik.
U njega se cijevima odvojeno dovode vodik i kisik.
Pri vrhu plamenika, plinovi se miješaju.
Toplina oslobođena gorenjem vodika u čistom kisiku postiže temperaturu od 2 700 °C.
Uporaba vodika
Vodik se koristi za razne sinteze u kemijskoj industriji npr. u proizvodnji nekih kiselina te prehrambenoj industriji za proizvodnju margarina iz biljnog ulja i dr.
Reakcija vodika s kisikom upotrebljava se za postizanje visokih temperatura pri zavarivanju i rezanju metala. Za tu se svrhu rabi se posebno građeni Daniellov plamenik. U plamenik se odvojeno cijevima dovode vodik i kisik koji se zapale na izlazu iz plamenika pa se vršku plamenika postiže temperatura do 2 700 °C.
U svemirskoj tehnologiji vodik se koristi i kao raketno gorivo. Više o raketnim gorivima potražite na poveznici.
Znanstvenici predviđaju da bi vodik mogao postati gorivo budućnosti.
Gorenjem vodika oslobađa se gotovo dva i pol puta više energije nego gorenjem benzina.
Osim toga, gorenjem vodika s kisikom nastaje samo voda.
Tako bi vodik bio najčišći izvor energije.
Međutim treba naglasiti da se za proizvodnju vodika troši puno električne i toplinske energije.
Problem je i kako spremiti vodik kao pogonsko gorivo (njegovo skladištenje).
Vodik se koristio u stlačenom tj. tekućem stanju.
Vodik se može skladištiti samo u čeličnim bocama pod tlakom
jer prolazi kroz većinu današnjih materijala.
Spremnici vozila na vodik moraju biti puno čvršći i veći.
Znanstvenici gotovo čitavo stoljeće predviđaju da bi vodik mogao postati gorivo budućnosti. Gorenjem vodika oslobađa se gotovo dva i pol puta više energije nego gorenjem benzina. Osim toga, gorenjem vodika s kisikom nastaje samo voda pa bi vodik bio najčišći izvor energije.
Međutim treba naglasiti da vodik nije prirodno gorivo i morao se dobivati industrijski elektrolizom vode ili nekim drugim postupkom na što se troši puno električne i toplinske energije.
Problem primjene vodika kao pogonskog goriva je i njegovo skladištenje. Vodik se koristio u stlačenom tj. tekućem stanju. Vodik je vrlo malena čestica i prolazi kroz većinu današnjih materijala. Zbog toga se može skladištiti samo u čeličnim bocama pod tlakom, a spremnici vozila na vodik moraju biti puno čvršći i veći.
Na kraju…
Francuski pisac znanstvenofantastičnih romana za djecu Jules Verne je u svom romanu Tajanstveni otok izdanom 1874. godine predvidio uporabu vode kao izvora energije.
Voda razložena na svoje osnovne sastojke postat će moćna i ukrotiva sila.
Da, vjerujem da će se voda jednog dana koristiti kao gorivo,
da će njezini sastojci vodik i kisik predstavljati neiscrpan izvor topline i svjetla
i to mnogo snažniji od ugljena…
Vjerujem da će se jednom, kada se iscrpe nalazišta ugljena svijet grijati vodom.
Voda će postati ugljen budućnosti.
Pročitajte ulomak koji o tome govori i razmotrite koliko su se piščeva predviđanja obistinila u 21. stoljeću.
Napravite prezentaciju o povijesnom razvoju uporabe vodika
i poteškoćama na koje se danas nailazi pri uvođenju vodikovih vozila.
Za izradu prezentacije koristite alat Prezi.
"Tajanstveni otok"
Francuski pisac znanstvenofantastičnih romana za djecu Jules Verne je u svom romanu Tajanstveni otok izdanom 1874. godine predvidio uporabu vode kao izvora energije.
Voda razložena na svoje osnovne sastojke postat će moćna i ukrotiva sila. Da, vjerujem da će se voda jednog dana koristiti kao gorivo, da će njezini sastojci vodik i kisik predstavljati neiscrpan izvor topline i svjetla i to mnogo snažniji od ugljena… Vjerujem da će se jednom, kada se iscrpe nalazišta ugljena svijet grijati vodom. Voda će postati ugljen budućnosti.
Pročitajte ulomak koji o tome govori i razmotrite koliko su se piščeva predviđanja obistinila u 21. stoljeću. Napravite prezentaciju o povijesnom razvoju uporabe vodika i poteškoćama na koje se danas nailazi pri uvođenju vodikovih vozila.
Za izradu prezentacije koristite alat Prezi.