Výskyt deuteria v přírodě a jeho zdroje

Vodík (chemická značka H, latinsky hydrogenium) je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek. Tvoří převážnou část hmoty ve vesmíru. Vodík je bezbarvý, lehký plyn, bez chuti a zápachu.

Je hořlavý, hoří namodralým plamenem, pro jeho hoření je nutný oxidační prostředek, kterým je nejčastěji vzdušný kyslík. Je 14,38× lehčí než vzduch a vede teplo sedmkrát lépe než vzduch. Vodík je za normální teploty stabilní, pouze s fluorem se slučuje za pokojové teploty.

Je značně reaktivnější při zahřátí, především s kyslíkem a halogeny se slučuje velmi bouřlivě, i když pro spuštění této reakce je nutná inicializace (např. jiskra, která zapálí kyslíko-vodíkový plamen). Vodík vytváří sloučeniny se všemi prvky periodické tabulky (s výjimkou vzácných plynů), zejména pak s uhlíkem, kyslíkem, sírou a dusíkem.

Vodík je schopen tvořit zvláštní typ chemické vazby nazývaný vodíková vazba nebo také vodíkový můstek, kde vázaný atom vodíku vykazuje afinitu i k dalším atomům, s nimiž není poután klasickou chemickou vazbou.

Zajímavou vlastností vodíku je jeho schopnost „rozpouštět“ se v některých kovech, např. v palladiu nebo platině. Ty poté fungují jako katalyzátory chemických reakcí. Teprve v roce 1766 si Henry Cavendish uvědomil, že tento plyn je chemické individuum a nazval jej „hořlavým vzduchem“.

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Cavendish je takto považován za objevitele vodíku jako chemického prvku. Cavendish však spekuloval, že tento hořlavý vzduch je vlastně hledaná hypotetická látka, flogiston, a své flogistonové teorie se nikdy nevzdal.

V roce 1783 pojmenoval Antoine Lavoisier tento prvek „hydrogen“ podle řeckých slov ὕδωρ (hýdōr, „voda“) a γεννάω (gennáo, „tvořím“). Lavoisier syntetizoval vodu hořením vodíku v proudu kyslíku a kvantitativní výsledky potvrdily, že voda není element, což se po 2000 let považovalo za zřejmé, nýbrž sloučenina těchto dvou prvků.

Český název pro vodík pochází od Jana Svatopluka Presla, který spolu s Karlem Slavojem Amerlingem vytvořil v polovině 19. století české názvy pro tehdy známé prvky ještě před tím, než Mendělejev publikoval v roce 1869 svůj objev periodické tabulky prvků.

Vodík je jeden z deseti tzv. prvků přírodního původu. Vodík je jediný prvek, jehož izotopy mají vlastní chemické názvy a značky. Deuterium (D, ²H) je izotop tvořený jedním protonem a jedním neutronem v jádře atomu, tritium (T, ³H) je izotop tvořený jedním protonem a dvěma neutrony v jádře atomu.

Pro samotný vodík je vyhrazen název protium, ale značka P se nepoužívá, protože je obsazena značkou fosforu (P). Plynný vodík se vyskytuje ve dvouatomové molekule H₂, která je mnohem stabilnější než atomární vodík.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Za normální teploty se vodík chová tak, jako by byl směsí tří objemů orthovodíku (jádra atomů vodíku v molekule mají stejný spin) a jednoho objemu paravodíku (opačný spin). Při skladování kapalného vodíku probíhá přeměna ve směru ortho → para, která je exotermická natolik, že může dojít ke ztrátě až 2/3 původní kapaliny.

Deuterium bylo spektroskopicky pozorováno v roce 1931, příprava téměř čisté sloučeniny D₂O (tzv. těžké vody) byla zmíněno v §1.1.

Elementární vodík je na Zemi přítomen jen vzácně. Nejvíce elementárního vodíku se vyskytuje v blízkosti sopek v sopečných plynech. Plynný vodík se v našem prostředí vyskytuje ve formě dvouatomových molekul H₂, je však známo, že v mezihvězdném prostoru je přítomen z převážné části jako atomární vodík H.

V zemské atmosféře se vyskytuje jen ve vyšších vrstvách a díky své mimořádně nízké hmotnosti postupně z atmosféry vyprchává. Ze sloučenin je nejvíce zastoupena voda, která jako moře a oceány pokrývá 2/3 zemského povrchu. Další významný zdroj vodíku představují organické sloučeniny.

Vodík patří společně s uhlíkem, kyslíkem a dusíkem mezi biogenní prvky, které tvoří základní stavební kameny všech živých organismů. Vodík je základním stavebním prvkem celého vesmíru, vyskytuje se jak ve všech svítících hvězdách, tak v mezigalaktickém prostoru. Vodík se v přírodě tvoří při rozkladu organických látek některými bakteriemi.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Harold Clayton Urey a jeho spolupracovník Ferdinand Brickwedde využili nízkoteplotní fyzikální laboratoř ve Washingtonu k destilaci pěti litrů kryogenně připravené vodíkové kapaliny na množství jednoho mililitru. To koncentrovalo deuterium, těžký izotop vodíku k bodu, kde se stalo jasně identifikovatelným spektroskopickou analýzou.

Těžký vodík má v jádru jeden proton a jeden neutron (neutrální částici objevenou o rok později Jamesem Chadwickem). Deuterium zůstávalo dlouho nepovšimnuto, protože tvoří nepatrnou část přírodního vodíku (pouze jeden atom deuteria na každých 6 500 atomů obyčejného vodíku). Vyskytuje se tedy ve velice zředěném stavu, avšak ve velkých množstvích. Udává se, že jen ve světových oceánech je obsaženo 2,6 . 10²³ tun deuteria.

Hodně se ho vyskytuje na planetě Jupiteru, kde tvoří 0,6 % všech atomů. Od objevu deuteria zná věda i tzv. těžké vody (HDO a D₂O), v jejichž molekulách jsou jeden nebo dva atomy obyčejného vodíku nahrazeny atomem vodíku těžkého.

První vzorek těžké vody připravil při separaci izotopů fyzikální chemik Gilbert Lewis v roce 1933. Tato látka se uplatnila v jaderné energetice a technice, zejména jako moderátor u reaktorů používaných k výrobě elektřiny v komerčním měřítku.

tags: #výskyt #deuteria #v #přírodě #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Malé Tyrkysové Odpadkové Koše - Recenze
• Výlety Česká Lípa příroda
• Plíseň rajčat a mléčný postřik
• Měření emisí Micra K13
• Vše o Ostnokožcích