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

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

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

Zdeněk Bláha
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 ANORGANICKÁ CEMIE 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 AC 01 Katedra chemie FP TUL Syntéza prvků vodíkové hoření: e + + ν e e + γ 3 e + 3 e 4 e positrony helium 2 neutrina Celkově se 4 protony přemění na jádro heliové, dva pozitrony a dvě neutrina e + 2 p + 2 ν e 1

2 Syntéza prvků heliové hoření: 4 e + 4 e 8 Be 8 Be + 4 e 12 C + γ 12 C + 4 e 16 O + γ 16 O + 4 e 20 Ne + γ 20 Ne + 4 e 24 Mg + γ Syntéza prvků uhlíkové hoření: 12 C + 12 C 24 Mg + γ 12 C + 12 C 23 Na C + 12 C 20 Ne + 4 e 2

23-45 ledání systému prvků Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) 1829 pravidlo triád

3 Syntéza prvků další procesy α rovnovážný proces ( 22 Ti 29 Cu) pomalá a rychlá neutronová absorpce záchyt protonů proces x umělá příprava prvků Greenwood, Earnshaw: Chemie prvků str ledání systému prvků Johann Wolfgang Döbereiner ( ) 1829 pravidlo triád Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois ( ) 1862 šroubovice John Alexander Reina Newlands ( ) 1863 oktávy 3

ledání systému prvků William Odling (1829-1921)

(1830-1895) 1870 tabulka ledání systému prvků

4 ledání systému prvků William Odling ( ) 1865 podobné vlastnosti Lothar Julius Mayer ( ) 1870 tabulka ledání systému prvků Dmitrij Ivanovič Mendělejev ( ) «Основы химии» 4

5 Další objevy prvků předpovězených Mendělějevem Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran ( ) 1875 Ga Lars Frederik Nilson ( ) 1879 Sc Clemens Alexander Winkler ( ) 1886 Ge Periodicita a chemické vlastnosti oxidační stav anomální vlastnosti první krátké periody anomálie prvků následujících po přechodných kovech lantanoidová kontrakce diagonální vztahy 5

6 istorie VODÍK Výskyt vodíku Příprava výroba a využití vodíku Atomové a fyzikální vlastnosti vodíku Vazebné možnosti Vodíková vazba Chemické vlastnosti ydridy voda 6

7 istorie poznání vodíku 1671 Robert Boyle uvolnění vodíku rozpouštěním Fe v Cl, 2 SO enry Cavendish podrobný popis vlastností 1783 A. L. Lavoisier návrh názvu hydrogen (z řeckého ydor geinomai vodu tvořící) istorie poznání vodíku 1878 J. N. Lockyer spektrální důkaz 1920 W. M. Latimer popis vodíkové vazby 7

8 istorie poznání vodíku C. Urey objev deuteria 1934 M.L.E. Oliphant, P. arteck a E. Rutherford tritium bombardováním deuteria 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 8

9 Vlastnosti vodíku Příprava vodíku Elektrolýza vody 2 3 O e 2 2 O + 2 (na katodě) Reakce prvků s 1 a s 2 s vodou 2 Na O 2 NaO + 2 9

10 Příprava vodíku Reakce méně ušlechtilých kovů s vodní parou 3 Fe O Fe 3 O Reakce kovů s vodnými roztoky kyselin a zásad Zn + 2 Cl ZnCl Zn + 2 NaO O Na 2 [Zn(O) 4 ] + 2 ydrolýza hydridů Příprava vodíku Ca O Ca(O) Tepelný rozklad hydridů přechodných kovů (reakce budoucnosti) Mg 2 Fe 6 BaRe 9 LaNi 5 6 ZVÝŠENÁ TEPLOTA 2 + kovy 10

11 Výroba vodíku Reakce vodní páry s koksem C(s) O(g) CO(g) (g) C(s) O(g) CO (g) 500 o C, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3 chnologies/isru/isru.htm Výroba vodíku Elektrolýza vodného roztoku NaCl 11

12 Výroba vodíku Rozklad nasycených uhlovodíků (z ropy a zemního plynu) C 4 (g) C(s) (g) C 4 (g) + 2 O(g) CO(g) (g) capture/services-and-facilities/ hydrogen-generating-plant-for-ukraine/ Výroba vodíku Rozklad nasycených uhlovodíků (z ropy a zemního plynu) C 4 (g) C(s) (g) C 4 (g) + 2 O(g) CO(g) (g) 12

13 Výroba vodíku ze zemního plynu Biokatalytická syntéza vodíku 13

14 Biokatalytická syntéza vodíku Biokatalytická syntéza vodíku 14

15 Biokatalytická syntéza vodíku Manipulace s vodíkem 15

16 Použití vodíku Výroba amoniaku 450 C, 200 atm. Fe katalyzátor aber-boschův proces size/science/images/gcsechem_75.gif engineering.com/img/4_2_fluessigstickstoffwaesche.jpg Použití vodíku ydrogenace nenasycených uhlovodíků (lehkých rostlinných olejů na tuhé tuky) Výroba organických sloučenin (methanolu) /ydrogenation_250x250.jpg /Vanaspati_Plant_250x250.jpg 16

17 Výroba Cl Použití vodíku přímou reakcí s chlorem /commons/thumb/1/1c/ydrochloric_ Acid_Burner_Flame.ogg/mid- ydrochloric_acid_burner_flame.og g.jpg Výroba hydridů kovů Použití vodíku obrázky: 17

18 Použití vodíku Redukce kovů v metalurgii Výroba molybdenu, wolframu, ale i velmi čisté mědi mage/ / gif Použití vodíku Autogenní řezání a sváření odukte/gasedaten/plyn-svar-01.jpg 18

19 Použití vodíku Palivo pro spalovací motory og/hydrogen.jpg Použití vodíku palivové články Alkalickéčlánky (AFC's alkaline fuel cells), v nich je elektrolytem zpravidla zředěný hydroxid draselný KO 19

20 Použití vodíku palivové články Polymerní membránové články (PEM FC's proton exchange fuel cells), v nich je elektrolytem tuhý organický polymer Použití vodíku palivové články Články s roztavenými uhličitany (MCFC's molten carbonate fuel cells), v nich je elektrolyt tvořen směsí roztavených uhličitanů 20

21 Použití vodíku palivové články Články s tuhými oxidy (SOFC's solid oxide fuel cells), kde elektrolytem jsou oxidy vybraných kovů Použití vodíku palivové články Články s kyselinou fosforečnou (PAFC's phosphoric acid fuel cells), jejichž elektrolytem je jmenovaná kyselina ( 3 PO 4 ) 21

22 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) 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. 22

23 Vazebné možnosti vodíku Kovalentní vazba σ - 1s 1 s AO nebo AO (sp,sp 2,sp 3 ) partnera 2 Vazebné možnosti vodíku Iontová vazba (tvořená převážně elektrostatickými silami) χ > χ A A + (hydridový anion) Li Li + χ < χ A δ+ F δ V žádném případě nevznikne + a A neboť i u nejelektronegativnějšího atomu fluoru se vytváří pouze silně polární kovalentní vazba 23

24 Oxidační číslo vodíku JEDINĚ! + Kovalentní hydridy a Iontové hydridy Vodíková vazba Vazebné možnosti vodíku Vodíkové vazby 24

25 ydridy kovalentní s elektronegativnějšími prvky (názvy an) iontové (s elektropositivními prvky) kovové intersticiální mezimřížkové polohy u kovů koordinační LiAl 4, NaB 4, Chemické vlastnosti vodíku elektronová konfigurace příbuzný alkalickým kovům (ns 1 ) příbuzný halogenům (chybí 1 e do [e]) do jeho chemického chování se promítají protikladné vlastnosti elektropozitivních i elektronegativních prvků (χ = 2,1) slučuje se přímo s mnohými prvky (se všemi kromě vzácných plynů) 25

26 Chemické vlastnosti vodíku Radikálové reakce X X (X = F, Cl, Br, I) N 2 2 N 3 t, p, katalyzátor Oxidační reakce (jediné případy) 2 Me Me (Me = Li, Na, K, Rb, Cs) Me + 2 Me 2 (Me = Ca, Sr, Ba) Redukční reakce (všechny ostatní) WO W O ydrogenační reakce CO C 3 O Voda O O O O O O O O O O O O led O voda 26

27 Animace modelu 2 O 28 molekul vody v uspořádání, jakéje v ledu v obou obrázcích Vytvořeno v programu ACD ChemSketch 12 Užitková voda Voda procházející horninami rozpouští kationty (Ca 2+, Mg 2+ ) a anionty (SO 2 4, CO 2 3, X ) způsobující tvrdost vody 27

28 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 = R(s) + X + (aq) + + XR(s) anex = OR(s) + Y (aq) O + YR(s) Užitková voda Úprava užitkové vody (odstranění tvrdosti vody) Přechodné - způsobené přítomností uhličitanů Var (převedení hydrogenuhličitanů na nerozpustné uhličitany) Ca(CO 3 ) 2 (aq) = CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + 2 O Clarkova metoda (srážením hydroxidem vápenatým) Ca(CO 3 ) 2 (aq) + Ca(O) 2 (aq) = 2 CaCO 3 (s) O 28

29 Pitná voda Úprava pitné vody: Chlórování, ozonizace Cl O = Cl + ClO Čiření (flokulace) Al 2 (SO 4 ) O = 2 Al(O) SO 4 Filtrace (pískovými filtry) Dochlórování Úprava p Pitná voda Výroba pitné vody: (z mořské vody ) Expanzní odpařování (solanky) Reverzní osmóza _Treatment_Facility_mainimg.jpg 29

30 Vzácné plyny Příští přednáška 30

Podobné dokumenty

ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků ACH 01

ANORGANICKÁ CHEMIE. Vznik prvků ACH 01 ACH 01 ANORGANICKÁ CHEMIE 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