ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků ACH 01

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků ACH 01"

Lenka Daniela Šimková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 ACH 01 ANORGANICKÁ CHEMIE Vznik prvků velký třesk prajádro vesmíru vysoká hustota a teplota, původní hustota 96 g.cm 3, teplota K po jedné sekundě K neutrony + protony + elektrony stovky sekund jaderná reakce spojování protonů a neutronů jádra deuteria a helia kondenzace prvních hvězd syntéza prvků Katedra chemie FP TUL

2 Syntéza prvků vodíkové hoření: 1 H + 1 H 2 H + e + + n e 2 H + 1 H 3 He + g 3 He + 3 He 4 He H Celkově se 4 protony přemění na jádro heliové, dva pozitrony a dvě neutrina 4 1 H 4 He + 2 p + 2 n e

3 Syntéza prvků heliové hoření: 4 He + 4 He 8 Be 8 Be + 4 He 12 C + g 12 C + 4 He 16 O + g 16 O + 4 He 20 Ne + g 20 Ne + 4 He 24 Mg + g

4 Syntéza prvků uhlíkové hoření: 12 C + 12 C 24 Mg + g 12 C + 12 C 23 Na + 1 H 12 C + 12 C 20 Ne + 4 He

5 Syntéza prvků další procesy a rovnovážný proces ( 22 Ti 29 Cu) pomalá a rychlá neutronová absorpce záchyt protonů proces x umělá příprava prvků Greenwood, Earnshaw: Chemie prvků str

Béguyer de Chancourtois (1820-1886) 1862

6 Hledání systému prvků Johann Wolfgang Döbereiner ( ) 1829 pravidlo triád Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois ( ) 1862 šroubovice John Alexander Reina Newlands ( ) 1863 oktávy

7 Hledání systému prvků William Odling ( ) 1865 podobné vlastnosti Lothar Julius Mayer ( ) 1870 tabulka

8 Hledání systému prvků Dmitrij Ivanovič Mendělejev ( ) «Основы химии»

9 Další objevy prvků předpovězených Mendělějevem Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran ( ) 1875 Ga Lars Frederik Nilson ( ) 1879 Sc Clemens Alexander Winkler ( ) 1886 Ge

10 Periodicita a chemické vlastnosti oxidační stav anomální vlastnosti první krátké periody anomálie prvků následujících po přechodných kovech lantanoidová kontrakce diagonální vztahy

12 Historie VODÍK Výskyt vodíku Příprava výroba a využití vodíku Atomové a fyzikální vlastnosti vodíku Vazebné možnosti Vodíková vazba Chemické vlastnosti Hydridy voda

13 Historie poznání vodíku 1671 Robert Boyle uvolnění vodíku rozpouštěním Fe v HCl, H 2 SO Henry Cavendish podrobný popis vlastností 1783 A. L. Lavoisier návrh názvu hydrogen (z řeckého ydor geinomai vodu tvořící)

14 Historie poznání vodíku 1878 J. N. Lockyer spektrální důkaz H 1920 W. M. Latimer popis vodíkové vazby

15 Historie poznání vodíku 1932 H. C. Urey objev deuteria 1934 M.L.E. Oliphant, P. Harteck a E. Rutherford tritium bombardováním deuteria

16 Výskyt vodíku Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru Třetí nejrozšířenější prvek na Zemi (0,9 % hmotnostních) Výhradně ve sloučeninách (s výjimkou horních vrstev atmosféry a ropných plynů) 15,4% atomů zemské kůry a oceánů Nejrozšířenější sloučeniny voda a uhlovodíky

17 Vlastnosti vodíku H 2 D 2 T 2 Bod tání [K] 13,96 18,73 20,62 Bod varu [K] 20,39 23,67 25,04 Kritická teplota [K] 33,19 38,35 40,6 Kritický tlak [MPa] 1,315 1,665 1,834

18 Příprava vodíku Elektrolýza vody 2 H 3 O e - 2 H 2 O + H 2 (na katodě) Reakce prvků s 1 a s 2 s vodou 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2

19 Příprava vodíku Reakce méně ušlechtilých kovů s vodní parou 3 Fe + 4 H 2 O Fe 3 O H 2 Reakce kovů s vodnými roztoky kyselin a zásad Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Zn + 2 NaOH + 2 H 2 O Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2

20 Hydrolýza hydridů Příprava vodíku CaH H 2 O Ca(OH) H 2 Tepelný rozklad hydridů přechodných kovů (reakce budoucnosti) Mg 2 FeH 6 BaReH 9 LaNi 5 H 6 H ZVÝŠENÁ TEPLOTA 2 + kovy

21 Výroba vodíku Reakce vodní páry s koksem C(s) + 2 H 2 O(g) CO(g) + 2 H 2 (g) C(s) + 2 H 2 O(g) CO H 2 (g) 500 o C, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3 chnologies/isru/isru.htm

22 Výroba vodíku Elektrolýza vodného roztoku NaCl

23 Výroba vodíku Rozklad nasycených uhlovodíků (z ropy a zemního plynu) CH 4 (g) C(s) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3 H 2 (g) capture/services-and-facilities/ hydrogen-generating-plant-for-ukraine/

24 Výroba vodíku Rozklad nasycených uhlovodíků (z ropy a zemního plynu) CH 4 (g) C(s) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3 H 2 (g)

25 Výroba vodíku ze zemního plynu

26 Biokatalytická syntéza vodíku

27 Biokatalytická syntéza vodíku

28 Biokatalytická syntéza vodíku

29 Biokatalytická syntéza vodíku

30 Manipulace s vodíkem

31 Použití vodíku Výroba amoniaku 450 C, 200 atm. Fe katalyzátor Haber-Boschův proces size/science/images/gcsechem_75.gif engineering.com/img/4_2_fluessigstickstoffwaesche.jpg

32 Použití vodíku Hydrogenace nenasycených uhlovodíků (lehkých rostlinných olejů na tuhé tuky) Výroba organických sloučenin (methanolu) /Hydrogenation_250x250.jpg /Vanaspati_Plant_250x250.jpg

33 Výroba HCl Použití vodíku přímou reakcí s chlorem /commons/thumb/1/1c/hydrochloric_ Acid_Burner_Flame.ogg/mid- Hydrochloric_Acid_Burner_Flame.og g.jpg

34 Výroba hydridů kovů Použití vodíku LiAlH 4 NaBH 4 Zr(BH 4 ) 4

35 Použití vodíku Redukce kovů v metalurgii Výroba molybdenu, wolframu, ale i velmi čisté mědi mage/ / gif

36 Použití vodíku Autogenní řezání a sváření odukte/gasedaten/plyn-svar-01.jpg

37 Použití vodíku Palivo pro spalovací motory og/hydrogen.jpg

38 Použití vodíku palivové články Alkalické články (AFC's alkaline fuel cells), v nich je elektrolytem zpravidla zředěný hydroxid draselný KOH

39 Použití vodíku palivové články Polymerní membránové články (PEM FC's proton exchange fuel cells), v nich je elektrolytem tuhý organický polymer

40 Použití vodíku palivové články Články s roztavenými uhličitany (MCFC's molten carbonate fuel cells), v nich je elektrolyt tvořen směsí roztavených uhličitanů

41 Použití vodíku palivové články Články s tuhými oxidy (SOFC's solid oxide fuel cells), kde elektrolytem jsou oxidy vybraných kovů

42 Použití vodíku palivové články Články s kyselinou fosforečnou (PAFC's phosphoric acid fuel cells), jejichž elektrolytem je jmenovaná kyselina (H 3 PO 4 )

43 Použití vodíku palivové články Přenosné palivové články Zdroje elektrické energie pro elektronické přístroje, např. pro notebooky, digitální fotoaparáty, záložní zdroje energie (UPS) pro stolní počítače, zdroje energie pro přenosné vysílače atp. Typický jmenovitý výkon těchto zařízení je v řádu desítek wattů a povětšinou se jedná o tzv. nízkoteplotní palivové články membránové či přímé etanolové palivové články (PEM FC, DMFC)

44 Použití vodíku palivové články Mobilní palivové články Zdroje elektrické energie v nejrůznějších dopravních prostředcích. Vývoj těchto článků je zaměřen zejména na pohonné jednotky pro osobní automobily s typickými výkony v řádu desítek kilowattů na bázi iontoměničných membrán (PEM FC), které jako palivo využívají především plynný nebo zkapalněný vodík, popř. metanol. Ostatní aplikace mobilní palivových článků pokrývají široké spektrum využití i výkonů: jízdní kola, malé nákladní automobily a vozítka, autobusy; či speciální aplikace výzkumné ponorky, čluny atp.

45 Vazebné možnosti vodíku Kovalentní vazba - 1s 1 H s AO (s, p z,d z2 ) nebo HAO (sp,sp 2,sp 3 ) partnera H 2

46 Vazebné možnosti vodíku Iontová vazba (tvořená převážně elektrostatickými silami) c H > c A A + H (hydridový anion) H Li Li + H c H < c A H + F V žádném případě nevznikne H + a A neboť i u nejelektronegativnějšího atomu fluoru se vytváří pouze silně polární kovalentní vazba

47 Kovalentní hydridy Iontové hydridy Oxidační číslo vodíku JEDINĚ! + a

48 Vodíková vazba Vazebné možnosti vodíku Vodíkové vazby

49 Hydridy kovalentní s elektronegativnějšími prvky (názvy an) iontové (s elektropositivními prvky) kovové intersticiální mezimřížkové polohy u kovů koordinační LiAlH 4, NaBH 4,

50 Chemické vlastnosti vodíku elektronová konfigurace příbuzný alkalickým kovům (ns 1 ) příbuzný halogenům (chybí 1 e do [He]) do jeho chemického chování se promítají protikladné vlastnosti elektropozitivních i elektronegativních prvků (c = 2,1) slučuje se přímo s mnohými prvky (se všemi kromě vzácných plynů)

51 Chemické vlastnosti vodíku Radikálové reakce X 2 + H 2 2 HX (X = F, Cl, Br, I) 3 H 2 + N 2 2 NH 3 Oxidační reakce (jediné případy) 2 Me + H 2 2 MeH (Me = Li, Na, K, Rb, Cs) Me + H 2 MeH 2 (Me = Ca, Sr, Ba) Redukční reakce (všechny ostatní) WO H 2 W + 3 H 2 O Hydrogenační reakce CO + 2 H 2 CH 3 OH t, p, k

52 Voda H O H H H O H O H O H O H H H O H H O H H H O H H H O H O H H O H O H H led H O H voda

53 Animace modelu H 2 O 28 molekul vody v uspořádání, jaké je v ledu v obou obrázcích Vytvořeno v programu ACD ChemSketch 12

54 Užitková voda Voda procházející horninami rozpouští kationty (Ca 2+, Mg 2+ ) a anionty (SO 2 4, CO 2 3, X ) způsobující tvrdost vody

55 Užitková voda Úprava užitkové vody (odstranění tvrdosti vody) Trvalé - způsobené sírany a ostatními solemi Destilace Uhličitanem sodným tvoří se nerozpustné uhličitany Polyfosforečnanem sodným (Calgon) tvoří se komplexy Použití iontoměničů (syntetické nebo přírodní pryskyřice) katex = HR(s) + X + (aq) H + + XR(s) anex = HOR(s) + Y (aq) OH + YR(s)

56 Užitková voda Úprava užitkové vody (odstranění tvrdosti vody) Přechodné - způsobené přítomností uhličitanů Var (převedení hydrogenuhličitanů na nerozpustné uhličitany) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) = CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O Clarkova metoda (srážením hydroxidem vápenatým) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) + Ca(OH) 2 (aq) = 2 CaCO 3 (s) + 2 H 2 O

57 Pitná voda Úprava pitné vody: Chlórování, ozonizace Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO Čiření (flokulace) Al 2 (SO 4 ) H 2 O = 2 Al(OH) H 2 SO 4 Filtrace (pískovými filtry) Dochlórování Úprava ph

58 Pitná voda Výroba pitné vody: (z mořské vody ) Expanzní odpařování (solanky) Reverzní osmóza _Treatment_Facility_mainimg.jpg

59 Vzácné plyny Příští přednáška

Podobné dokumenty

ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků. 2 positrony. Syntéza prvků. helium. 2 neutrina. vodíkové hoření: H + 1 H 2 H + e + + ν e.

ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků. 2 positrony. Syntéza prvků. helium. 2 neutrina. vodíkové hoření: H + 1 H 2 H + e + + ν e. ANORGANICKÁ CEMIE Vznik prvků velký třesk prajádro vesmíru vysoká hustota a teplota, původní hustota 96 g.cm 3, teplota 10 32 K po jedné sekundě 10 10 K neutrony + protony + elektrony stovky sekund jaderná