Hemijska svojstva vodonika

U normalnim uslovima, molekularni vodonik je relativno malo aktivan, direktno se kombinujući samo sa najaktivnijim od nemetala (sa fluorom, a na svetlosti sa hlorom). Međutim, kada se zagrije, reagira s mnogim elementima.

Vodik reagira s jednostavnim i složenim tvarima:

- Interakcija vodonika sa metalima dovodi do stvaranja složenih supstanci - hidrida, u čijim je hemijskim formulama atom metala uvijek na prvom mjestu:

Na visokoj temperaturi vodonik reaguje direktno sa nekim metalima(alkalne, zemnoalkalne i druge), formirajući bijele kristalne supstance - metalne hidride (Li H, Na H, KH, CaH 2 itd.):

H 2 + 2Li = 2LiH

Metalni hidridi se lako razlažu vodom kako bi se formirale odgovarajuće alkalije i vodonik:

Sa H 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2

- Kada je vodonik u interakciji sa nemetalima nastaju hlapljiva jedinjenja vodonika. U hemijskoj formuli hlapljivog jedinjenja vodika, atom vodika može biti na prvom ili drugom mestu, u zavisnosti od njegove lokacije u PSHE (pogledajte ploču na slajdu):

1). Sa kiseonikom Vodonik stvara vodu:

Video "Sagorevanje vodonika"

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q

Na normalnim temperaturama reakcija teče izuzetno sporo, iznad 550°C - uz eksploziju (mješavina 2 zapremine H 2 i 1 zapremine O 2 naziva se eksplozivni gas) .

Video "Eksplozija detonirajućeg gasa"

Video "Priprema i eksplozija eksplozivne smjese"

2). Sa halogenima Vodik stvara halogenovodonike, na primjer:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Istovremeno, vodonik eksplodira sa fluorom (čak i u mraku i na -252°C), reaguje sa hlorom i bromom samo kada je osvetljen ili zagrejan, a sa jodom samo kada se zagreje.

3). Sa azotom Vodik reaguje i formira amonijak:

ZN 2 + N 2 = 2NH 3

samo na katalizatoru i na povišenim temperaturama i pritiscima.

4). Kada se zagreje, vodonik snažno reaguje sa sumporom:

H 2 + S = H 2 S (vodonik sulfid),

mnogo teže sa selenom i telurom.

5). Sa čistim ugljenikom Vodik može reagirati bez katalizatora samo na visokim temperaturama:

2H 2 + C (amorfni) = CH 4 (metan)

- Vodik prolazi reakciju supstitucije sa metalnim oksidima , u ovom slučaju nastaje voda u proizvodima i metal se reducira. Vodik - pokazuje svojstva redukcionog agensa:

Koristi se vodonik za oporavak mnogih metala, budući da oduzima kisik njihovim oksidima:

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O, itd.

Primjena vodonika

Video "Korišćenje vodonika"

Trenutno se vodonik proizvodi u ogromnim količinama. Veliki dio se koristi u sintezi amonijaka, hidrogenaciji masti i hidrogenaciji uglja, ulja i ugljovodonika. Osim toga, vodik se koristi za sintezu hlorovodonične kiseline, metil alkohola, cijanovodonične kiseline, u zavarivanju i kovanju metala, kao i u proizvodnji lampi sa žarnom niti i dragog kamenja. Vodonik se prodaje u bocama pod pritiskom od preko 150 atm. Oslikane su tamno zelenom bojom i imaju crveni natpis "Hydrogen".

Vodonik se koristi za pretvaranje tečnih masti u čvrste masti (hidrogenacija), pri čemu se dobija tečno gorivo hidrogenizacijom uglja i loživog ulja. U metalurgiji se vodik koristi kao redukciono sredstvo za okside ili hloride za proizvodnju metala i nemetala (germanijum, silicijum, galijum, cirkonijum, hafnij, molibden, volfram, itd.).

Praktična upotreba vodika je raznolika: obično se koristi za punjenje balona sonde, u hemijskoj industriji služi kao sirovina za proizvodnju mnogih veoma važnih proizvoda (amonijak, itd.), u prehrambenoj industriji - za proizvodnju čvrstih masti iz biljnih ulja i dr. Visoka temperatura (do 2600 °C), koja se dobija sagorevanjem vodonika u kiseoniku, koristi se za topljenje vatrostalnih metala, kvarca i dr. Tečni vodonik je jedno od najefikasnijih mlaznih goriva. Godišnja globalna potrošnja vodonika prelazi milion tona.

SIMULATORI

br. 2. Vodonik

ZADACI ZADATAKA

Zadatak br. 1
Zapišite jednačine reakcije za interakciju vodonika sa sljedećim supstancama: F 2, Ca, Al 2 O 3, živin (II) oksid, volfram (VI) oksid. Navedite produkte reakcije, navedite vrste reakcija.

Zadatak br. 2
Izvršite transformacije prema shemi:
H 2 O -> H 2 -> H 2 S -> SO 2

Zadatak br. 3.
Izračunajte masu vode koja se može dobiti sagorijevanjem 8 g vodonika?

Industrijske metode za proizvodnju jednostavnih supstanci zavise od oblika u kojem se odgovarajući element nalazi u prirodi, odnosno šta može biti sirovina za njegovu proizvodnju. Tako se kiseonik, koji je dostupan u slobodnom stanju, dobija fizički - odvajanjem od tečnog vazduha. Vodik je skoro sav u obliku jedinjenja, pa se za njegovo dobijanje koriste hemijske metode. Posebno se mogu koristiti reakcije razlaganja. Jedan od načina za proizvodnju vodika je razlaganje vode električnom strujom.

Glavna industrijska metoda za proizvodnju vodika je reakcija metana, koji je dio prirodnog plina, s vodom. Izvodi se na visokoj temperaturi (lako je provjeriti da pri prolasku metana čak i kroz kipuću vodu ne dolazi do reakcije):

CH 4 + 2H 2 0 = CO 2 + 4H 2 - 165 kJ

U laboratoriju za dobivanje jednostavnih tvari ne koriste nužno prirodne sirovine, već biraju one polazne materijale od kojih je lakše izolirati potrebnu tvar. Na primjer, u laboratoriji se kisik ne dobiva iz zraka. Isto se odnosi i na proizvodnju vodonika. Jedna od laboratorijskih metoda za proizvodnju vodika, koja se ponekad koristi u industriji, je razlaganje vode električnom strujom.

Tipično, vodonik se proizvodi u laboratoriji reakcijom cinka sa hlorovodoničnom kiselinom.

U industriji

1.Elektroliza vodenih rastvora soli:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2

2.Propuštanje vodene pare preko vrućeg koksa na temperaturama oko 1000°C:

H 2 O + C ⇄ H 2 + CO

3.Od prirodnog gasa.

Pretvorba pare: CH 4 + H 2 O ⇄ CO + 3H 2 (1000 °C) Katalitička oksidacija kisikom: 2CH 4 + O 2 ⇄ 2CO + 4H 2

4. Krekiranje i reformisanje ugljovodonika tokom prerade nafte.

U laboratoriji

1.Utjecaj razrijeđenih kiselina na metale. Za izvođenje ove reakcije najčešće se koriste cink i hlorovodonična kiselina:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

2.Interakcija kalcijuma sa vodom:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

3.Hidroliza hidrida:

NaH + H 2 O → NaOH + H 2

4.Utjecaj alkalija na cink ili aluminij:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 Zn + 2KOH + 2H 2 O → K 2 + H 2

5.Koristeći elektrolizu. Tokom elektrolize vodenih rastvora alkalija ili kiselina, na katodi se oslobađa vodik, na primer:

2H 3 O + + 2e - → H 2 + 2H 2 O

• Bioreaktor za proizvodnju vodonika

Fizička svojstva

Gas vodonik može postojati u dva oblika (modifikacije) - u obliku orto - i paravodonika.

U molekuli ortovodonika (t.t. -259,10 °C, bp -252,56 °C) nuklearni spinovi su usmjereni identično (paralelno), au paravodoniku (t.t. -259,32 °C, t.k. -252,89 °C) - jedan naspram drugog (antiparalelni).

Alotropni oblici vodonika mogu se odvojiti adsorpcijom na aktivnom ugljenu na temperaturi tekućeg dušika. Na vrlo niskim temperaturama, ravnoteža između ortohidrogena i paravodonika je gotovo potpuno pomjerena prema ovom drugom. Na 80 K odnos oblika je otprilike 1:1. Kada se zagrije, desorbirani paravodonik se pretvara u ortovodonik dok se ne formira smjesa koja je ravnotežna na sobnoj temperaturi (orto-para: 75:25). Bez katalizatora, transformacija se odvija sporo, što omogućava proučavanje svojstava pojedinačnih alotropnih oblika. Molekul vodonika je dvoatomski - H₂. U normalnim uslovima, to je gas bez boje, mirisa i ukusa. Vodonik je najlakši gas, njegova gustina je mnogo puta manja od gustine vazduha. Očigledno, što je manja masa molekula, to je veća njihova brzina na istoj temperaturi. Kao najlakši molekuli, molekuli vodonika kreću se brže od molekula bilo kojeg drugog plina i stoga mogu brže prenijeti toplinu s jednog tijela na drugo. Iz toga slijedi da vodik ima najveću toplinsku provodljivost među plinovitim tvarima. Njegova toplotna provodljivost je približno sedam puta veća od toplotne provodljivosti vazduha.

Hemijska svojstva

Molekule vodika H₂ su dosta jake, a da bi vodonik reagovao, mora se utrošiti mnogo energije: H 2 = 2H - 432 kJ Dakle, na uobičajenim temperaturama, vodonik reaguje samo sa veoma aktivnim metalima, na primer kalcijumom, formirajući kalcijum hidrid: Ca + H 2 = CaH 2 i sa jedinim nemetalom - fluorom, formirajući fluorovodonik: F 2 + H 2 = 2HF Sa većinom metala i nemetala, vodonik reaguje na povišenim temperaturama ili pod drugim uticajima, npr. , pod rasvjetom. Može “oduzeti” kisik nekim oksidima, na primjer: CuO + H 2 = Cu + H 2 0 Napisana jednačina odražava reakciju redukcije. Reakcije redukcije su procesi u kojima se kisik uklanja iz spoja; Tvari koje oduzimaju kisik nazivaju se redukcijskim agensima (oni sami oksidiraju). Dalje će biti data još jedna definicija pojmova “oksidacija” i “redukcija”. I ova definicija, istorijski prva, zadržava svoj značaj i danas, posebno u organskoj hemiji. Reakcija redukcije je suprotna reakciji oksidacije. Obje ove reakcije uvijek se odvijaju istovremeno kao jedan proces: kada se jedna tvar oksidira (reducira), redukcija (oksidacija) druge se nužno događa istovremeno.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

Oblici sa halogenima vodonik halogenidi:

F 2 + H 2 → 2 HF, reakcija se odvija eksplozivno u mraku i na bilo kojoj temperaturi, Cl 2 + H 2 → 2 HCl, reakcija se odvija eksplozivno, samo na svjetlu.

Interagira sa čađom pod visokim temperaturama:

C + 2H 2 → CH 4

Interakcija sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima

Vodik nastaje sa aktivnim metalima hidridi:

Na + H 2 → 2 NaH Ca + H 2 → CaH 2 Mg + H 2 → MgH 2

Hidridi- čvrste supstance slične solima, koje se lako hidroliziraju:

CaH 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + 2H 2

Interakcija s metalnim oksidima (obično d-elementima)

Oksidi se redukuju u metale:

CuO + H 2 → Cu + H 2 O Fe 2 O 3 + 3H 2 → 2 Fe + 3H 2 O WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O

Hidrogenacija organskih jedinjenja

Kada vodik djeluje na nezasićene ugljovodonike u prisustvu nikalnog katalizatora i na povišenim temperaturama, dolazi do reakcije hidrogenacija:

CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3

Vodik redukuje aldehide u alkohole:

CH 3 CHO + H 2 → C 2 H 5 OH.

Geohemija vodonika

Vodonik je glavni građevinski materijal svemira. To je najčešći element, a svi elementi nastaju iz njega kao rezultat termonuklearnih i nuklearnih reakcija.

Slobodni vodonik H2 je relativno rijedak u kopnenim plinovima, ali u obliku vode ima izuzetno važnu ulogu u geohemijskim procesima.

Vodik može biti prisutan u mineralima u obliku amonijum jona, hidroksil jona i kristalne vode.

U atmosferi se vodik kontinuirano proizvodi kao rezultat razgradnje vode sunčevim zračenjem. Migrira u gornju atmosferu i bježi u svemir.

Aplikacija

• Energija vodonika

Atomski vodonik se koristi za zavarivanje atomskim vodonikom.

U prehrambenoj industriji vodonik je registrovan kao aditiv za hranu E949, poput gasa za pakovanje.

Karakteristike liječenja

Vodonik, kada se pomiješa sa zrakom, stvara eksplozivnu smjesu - takozvani detonirajući plin. Ovaj plin je najeksplozivniji kada je volumni omjer vodonika i kisika 2:1, odnosno vodonika i zraka približno 2:5, jer zrak sadrži približno 21% kisika. Vodonik je takođe opasan od požara. Tečni vodonik može izazvati ozbiljne promrzline ako dođe u dodir s kožom.

Eksplozivne koncentracije vodonika i kiseonika javljaju se od 4% do 96% zapremine. Kada se pomeša sa vazduhom od 4% do 75(74)% zapremine.

Upotreba vodonika

U hemijskoj industriji vodonik se koristi u proizvodnji amonijaka, sapuna i plastike. U prehrambenoj industriji, margarin se proizvodi od tečnih biljnih ulja pomoću vodika. Vodonik je veoma lagan i uvek se diže u vazduhu. Nekada su vazdušni brodovi i baloni bili punjeni vodonikom. Ali 30-ih godina. XX vijek Nekoliko strašnih katastrofa dogodilo se kada su vazdušni brodovi eksplodirali i izgorjeli. Danas su vazdušni brodovi punjeni gasom helijuma. Vodonik se takođe koristi kao raketno gorivo. Jednog dana, vodonik bi se mogao naširoko koristiti kao gorivo za automobile i kamione. Motori na vodik ne zagađuju okolinu i emituju samo vodenu paru (iako sama proizvodnja vodonika dovodi do određenog zagađenja životne sredine). Naše Sunce je uglavnom napravljeno od vodonika. Sunčeva toplina i svjetlost su rezultat oslobađanja nuklearne energije iz fuzije jezgri vodika.

Korištenje vodonika kao goriva (isplativo)

Najvažnija karakteristika tvari koje se koriste kao gorivo je njihova toplina sagorijevanja. Iz kursa opšte hemije poznato je da se reakcija između vodika i kiseonika odvija oslobađanjem toplote. Ako uzmemo 1 mol H 2 (2 g) i 0,5 mol O 2 (16 g) pod standardnim uslovima i pobudimo reakciju, onda prema jednačini

H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O

nakon završetka reakcije nastaje 1 mol H 2 O (18 g) sa oslobađanjem energije 285,8 kJ/mol (za poređenje: toplina sagorijevanja acetilena je 1300 kJ/mol, propana - 2200 kJ/mol) . 1 m³ vodonika teži 89,8 g (44,9 mola). Dakle, za proizvodnju 1 m³ vodonika utrošit će se 12832,4 kJ energije. Uzimajući u obzir činjenicu da je 1 kWh = 3600 kJ, dobijamo 3,56 kWh električne energije. Poznavajući tarifu za 1 kWh električne energije i cijenu 1 m³ plina, možemo zaključiti da je preporučljivo preći na vodonično gorivo.

Na primjer, eksperimentalni model Honda FCX 3. generacije sa rezervoarom za vodonik od 156 litara (sadrži 3,12 kg vodonika pod pritiskom od 25 MPa) putuje 355 km. Shodno tome, od 3,12 kg H2 dobija se 123,8 kWh. Na 100 km potrošnja energije iznosit će 36,97 kWh. Poznavajući cijenu električne energije, cijenu plina ili benzina i njihovu potrošnju za automobil na 100 km, lako je izračunati negativan ekonomski učinak prebacivanja automobila na vodonično gorivo. Recimo (Rusija 2008), 10 centi po kWh električne energije dovodi do toga da 1 m³ vodonika dovodi do cijene od 35,6 centi, a uzimajući u obzir efikasnost razlaganja vode od 40-45 centi, isto toliko kWh od sagorevanja benzina košta 12832,4 kJ/42000 kJ/0,7 kg/l*80 centi/l=34 centa po maloprodajnim cenama, dok smo za vodonik izračunali idealnu opciju, ne uzimajući u obzir transport, amortizaciju opreme i sl. Za metan sa energija sagorevanja od oko 39 MJ po m³ rezultat će biti dva do četiri puta manji zbog razlike u ceni (1 m³ za Ukrajinu košta 179 dolara, a za Evropu 350 dolara). Odnosno, ekvivalentna količina metana koštaće 10-20 centi.

Međutim, ne treba zaboraviti da kada sagorijevamo vodonik, dobijamo čistu vodu iz koje je izvučen. Odnosno, imamo obnovljivi izvor energije hoarder energije bez štete po okoliš, za razliku od plina ili benzina, koji su primarni izvori energije.

PHP na liniji 377 Upozorenje: require(http://www..php): nije uspjelo otvoriti stream: nije pronađen odgovarajući omot u /hsphere/local/home/winexins/site/tab/vodorod.php na liniji 377 Fatal greška: require(): Neuspješno otvaranje je potrebno "http://www..php" (include_path="..php na liniji 377

Opća i neorganska hemija

Predavanje 6. Vodonik i kiseonik. Voda. Vodikov peroksid.

Vodonik

Atom vodika je najjednostavniji predmet hemije. Strogo govoreći, njegov ion, proton, je još jednostavniji. Prvi put opisao Cavendish 1766. Ime iz grčkog. “hidrogeni” – generiranje vode.

Radijus atoma vodika je približno 0,5 * 10-10 m, a njegov ion (proton) je 1,2 * 10-15 m ili od 50 pm do 1,2 * 10-3 pm ili od 50 metara (dijagonala SCA). do 1 mm.

Sljedeći 1s element, litijum, mijenja se samo od 155 pm do 68 pm za Li+. Takva razlika u veličinama atoma i njegovog kationa (5 redova veličine) je jedinstvena.

Zbog male veličine protona dolazi do izmjene vodoničnu vezu, prvenstveno između atoma kisika, dušika i fluora. Jačina vodoničnih veza je 10-40 kJ/mol, što je znatno manje od energije pucanja većine običnih veza (100-150 kJ/mol u organskim molekulima), ali veće od prosječne kinetičke energije toplotnog kretanja na 370 C. (4 kJ/mol). Kao rezultat toga, u živom organizmu vodonične veze se reverzibilno prekidaju, osiguravajući tijek vitalnih procesa.

Vodonik se topi na 14 K, ključa na 20,3 K (pritisak 1 atm), gustina tečnog vodonika je samo 71 g/l (14 puta lakši od vode).

Pobuđeni atomi vodonika sa prijelazima do n 733 → 732 sa talasnom dužinom od 18 m otkriveni su u razređenom međuzvjezdanom mediju, što odgovara Borovom poluprečniku (r = n2 * 0,5 * 10-10 m) reda veličine 0,1 mm ( !).

Najčešći element u svemiru (88,6% atoma, 11,3% atoma su helijum, a samo 0,1% atomi svih ostalih elemenata).

4 H → 4 He + 26,7 MeV 1 eV = 96,48 kJ/mol

Pošto protoni imaju spin 1/2, postoje tri varijante molekula vodonika:

ortovodonik o-H2 sa paralelnim nuklearnim spinovima, paravodonik p-H2 sa antiparalelno spinovi i normalni n-H2 - mješavina 75% orto-vodonika i 25% para-vodonika. Tokom transformacije o-H2 → p-H2, oslobađa se 1418 J/mol.

Svojstva orto- i paravodonika

Budući da je atomska masa vodonika najmanja moguća, njegovi izotopi - deuterijum D (2 H) i tricijum T (3 H) značajno se razlikuju od protijuma 1 H po fizičkim i hemijskim svojstvima. Na primjer, zamjena jednog od vodonika u organskom spoju deuterijumom ima primjetan učinak na njegov vibracijski (infracrveni) spektar, što omogućava određivanje strukture složenih molekula. Slične supstitucije („metoda označenih atoma“) se također koriste za uspostavljanje mehanizama kompleksa

hemijskih i biohemijskih procesa. Metoda označenog atoma je posebno osjetljiva kada se koristi radioaktivni tricij umjesto protijuma (β-raspad, poluživot 12,5 godina).

Svojstva protijuma i deuterijuma

					Gustina, g/l (20 K)
Osnovna metoda proizvodnja vodonika u industriji – konverzija metana
ili hidratacija uglja na 800-11000 C (katalizator):
CH4 + H2 O = CO + 3 H2				iznad 10000 C
"Vodeni gas": C + H2 O = CO + H2
Zatim CO konverzija: CO + H2 O = CO2 + H2						4000 C, oksidi kobalta

Ukupno: C + 2 H2 O = CO2 + 2 H2

Drugi izvori vodonika.

Koksni gas: oko 55% vodonika, 25% metana, do 2% teških ugljovodonika, 4-6% CO, 2% CO2, 10-12% azota.

Vodik kao produkt sagorevanja:

Si + Ca(OH)2 + 2 NaOH = Na2 SiO3 + CaO + 2 H2

Na 1 kg pirotehničke smjese oslobađa se do 370 litara vodonika.

Vodik u obliku jednostavne supstance koristi se za proizvodnju amonijaka i hidrogenaciju (stvrdnjavanje) biljnih masti, za redukciju iz oksida određenih metala (molibden, volfram), za proizvodnju hidrida (LiH, CaH2,

LiAlH4 ).

Entalpija reakcije: H. + H. = H2 je -436 kJ/mol, tako da se atomski vodonik koristi za proizvodnju visokotemperaturnog redukcijskog “plamena” (“Langmuir gorionik”). Mlaz vodonika u električnom luku atomizira se na 35.000 C za 30%, a zatim je rekombinacijom atoma moguće dostići 50.000 C.

Tečni vodonik se koristi kao gorivo u raketama (vidi kiseonik). Obećavajuće ekološki prihvatljivo gorivo za kopneni transport; Eksperimenti su u toku sa upotrebom metal-hidridnih vodonik baterija. Na primjer, legura LaNi5 može apsorbirati 1,5-2 puta više vodonika nego što je sadržano u istoj zapremini (kao i volumen legure) tekućeg vodonika.

Kiseonik

Prema danas opšteprihvaćenim podacima, kiseonik su 1774. godine otkrili J. Priestley i nezavisno K. Scheele. Istorija otkrića kiseonika je dobar primer uticaja paradigmi na razvoj nauke (vidi Dodatak 1).

Očigledno, kiseonik je zapravo otkriven mnogo ranije od zvaničnog datuma. Godine 1620. svako se mogao provozati Temzom (u Temzi) u podmornici koju je dizajnirao Cornelius van Drebbel. Čamac se pomaknuo pod vodu zahvaljujući naporima desetak veslača. Prema brojnim očevicima, izumitelj podmornice je uspješno riješio problem disanja tako što je kemijski "osvježio" zrak u njoj. Robert Boyle je 1661. godine napisao: „...Pored mehaničke strukture čamca, pronalazač je imao i hemijski rastvor (likvor), koji je

smatra glavnom tajnom ronjenja. A kada se s vremena na vreme uverio da je deo vazduha pogodnog za disanje već potrošen i da ljudima u čamcu otežava disanje, mogao je, otkopčavanjem posude napunjene ovim rastvorom, brzo da dopuni vazduh sa takvim sadržajem vitalnih delova koji bi ga ponovo učinio pogodnim za disanje dovoljno dugo.”

Zdrava osoba u mirnom stanju dnevno ispumpa oko 7200 litara vazduha kroz pluća, unoseći neopozivo 720 litara kiseonika. U zatvorenoj prostoriji zapremine 6 m3 bez ventilacije osoba može preživjeti do 12 sati, a uz fizički rad 3-4 sata. Glavni uzrok otežanog disanja nije nedostatak kiseonika, već akumulacija ugljičnog dioksida od 0,3 do 2,5%.

Dugo vremena, glavna metoda proizvodnje kisika bio je ciklus "barijum" (proizvodnja kisika pomoću Breenove metode):

BaSO4 -t-→ BaO + SO3;

5000 C ->

BaO + 0,5 O2 ====== BaO2<- 7000 C

Drebbelova tajna otopina mogla bi biti otopina vodikovog peroksida: BaO2 + H2 SO4 = BaSO4 ↓ + H2 O2

Dobivanje kiseonika sagorevanjem pirolizne smeše: NaClO3 = NaCl + 1,5 O2 + 50,5 kJ

Mešavina sadrži do 80% NaClO3, do 10% gvožđe u prahu, 4% barijum peroksida i staklenu vunu.

Molekul kiseonika je paramagnetičan (praktički biradikal), pa je njegova aktivnost visoka. Organske tvari u zraku se oksidiraju kroz fazu stvaranja peroksida.

Kiseonik se topi na 54,8 K i ključa na 90,2 K.

Alotropska modifikacija elementa kiseonika je supstanca ozon O3. Biološka zaštita Zemlje od ozona je izuzetno važna. Na visini od 20-25 km uspostavlja se ravnoteža:

UV<280 нм		UV 280-320nm
O2 ----> 2 O*	O* + O2 + M --> O3	O3-------	> O2 + O
	(M – N2, Ar)

Godine 1974. otkriveno je da atomski klor, koji nastaje iz freona na nadmorskoj visini većoj od 25 km, katalizira raspad ozona, kao da zamjenjuje "ozonsko" ultraljubičasto zračenje. Ovaj UV može izazvati rak kože (do 600 hiljada slučajeva godišnje u SAD). Zabrana freona u aerosol bocama na snazi ​​je u Sjedinjenim Državama od 1978. godine.

Od 1990. godine lista zabranjenih supstanci (u 92 zemlje) uključuje CH3 CCl3, CCl4 i hlorbrominirane ugljovodonike - njihova proizvodnja će biti ugašena do 2000. godine.

Sagorevanje vodonika u kiseoniku

Reakcija je vrlo složena (šema u predavanju 3), pa je bilo potrebno dugo proučavanje prije praktične primjene.

21. jula 1969. prvi Zemljanin N. Armstrong prošetao je Mjesecom. Raketni bacač Saturn 5 (dizajn Wernher von Braun) sastoji se od tri stepena. Prvi sadrži kerozin i kisik, drugi i treći sadrže tekući vodik i kisik. Ukupno 468 tona tečnog O2 i H2. Izvršeno je 13 uspješnih lansiranja.

Od aprila 1981. godine svemirski šatl leti u Sjedinjenim Državama: 713 tona tečnog O2 i H2, kao i dva akceleratora na čvrsto gorivo od po 590 tona (ukupna masa čvrstog goriva 987 tona). Prvih 40 km uspona do TTU, od 40 do 113 km motori rade na vodik i kisik.

15. maja 1987. prvo lansiranje “Energije”, 15. novembra 1988. prvi i jedini let “Burana”. Lansirana težina 2400 tona, težina goriva (kerozin in

bočni odjeljci, tečni O2 i H2) 2000 tona Snaga motora 125000 MW, nosivost 105 tona.

Sagorijevanje nije uvijek bilo kontrolirano i uspješno.

Godine 1936. izgrađen je najveći vodonik na svijetu, LZ-129 Hindenburg. Zapremina 200.000 m3, dužina oko 250 m, prečnik 41,2 m Brzina 135 km/h zahvaljujući 4 motora od 1100 KS, nosivosti 88 tona.

6. maja 1937. godine, dok je pristajao u SAD, dirižabl je eksplodirao i izgorio. Jedan od mogućih razloga je sabotaža.

28. januara 1986. godine, u 74. sekundi leta, Challenger je eksplodirao sa sedam astronauta - 25. let šatl sistema. Razlog je kvar na akceleratoru na čvrsto gorivo.

Demonstracija:

eksplozija detonirajućeg gasa (mešavina vodika i kiseonika)

Gorivne ćelije

Tehnički važna varijanta ove reakcije sagorevanja je da se proces podeli na dva dela:

elektrooksidacija vodika (anoda): 2 H2 + 4 OH– - 4 e– = 4 H2 O

elektroredukcija kiseonika (katoda): O2 + 2 H2 O + 4 e– = 4 OH–

Sistem u kojem dolazi do takvog „sagorevanja“ je gorivne ćelije. Efikasnost je mnogo veća nego kod termoelektrana, jer nema

posebna faza proizvodnje toplote. Maksimalna efikasnost = ∆ G/∆ H; za sagorevanje vodonika ispada da je 94%.

Efekat je poznat još od 1839. godine, ali su implementirane prve praktično funkcionalne gorivne ćelije

krajem 20. veka u svemiru (“Blizanci”, “Apolo”, “Šatl” - SAD, “Buran” - SSSR).

Izgledi za gorive ćelije [17]

Predstavnik Ballard Power Systems, govoreći na naučnoj konferenciji u Washingtonu, naglasio je da će motor na gorive ćelije postati komercijalno isplativ kada ispuni četiri glavna kriterija: smanjenje cijene proizvedene energije, povećanje trajnosti, smanjenje veličine instalacije i sposobnost brzog pokretanja po hladnom vremenu. Cijena jednog kilovata energije koju proizvodi instalacija na gorive ćelije trebala bi pasti na 30 dolara. Poređenja radi, 2004. godine ista je cifra iznosila 103 dolara, au 2005. se očekuje da će dostići 80 dolara. Za postizanje ove cijene potrebno je proizvoditi najmanje 500 hiljada motora godišnje. Evropski naučnici su oprezniji u svojim prognozama i vjeruju da će komercijalna upotreba vodoničnih gorivnih ćelija u automobilskoj industriji početi tek 2020. godine.

Svrha lekcije. U ovoj lekciji ćete naučiti o možda najvažnijim hemijskim elementima za život na Zemlji - vodiku i kiseoniku, naučiti o njihovim hemijskim svojstvima, kao i o fizičkim svojstvima jednostavnih supstanci koje formiraju, naučiti više o ulozi kiseonika i vodika u prirodi i životu čoveka.

Vodonik– najčešći element u Univerzumu. Kiseonik– najčešći element na Zemlji. Zajedno tvore vodu, supstancu koja čini više od polovine mase ljudskog tijela. Kiseonik je gas koji nam je potreban za disanje, a bez vode ne bismo mogli da živimo ni nekoliko dana, tako da bez sumnje kiseonik i vodonik možemo smatrati najvažnijim hemijskim elementima neophodnim za život.

Struktura atoma vodika i kiseonika

Dakle, vodonik pokazuje nemetalna svojstva. U prirodi se vodik javlja u obliku triju izotopa, protijuma, deuterijuma i tricijuma, koji se međusobno jako razlikuju po fizičkim svojstvima, pa im se čak pripisuju pojedinačni simboli.

Ako se ne sjećate ili ne znate što su izotopi, radite s materijalima elektronskog obrazovnog izvora „Izotopi kao varijante atoma jednog kemijskog elementa“. U njemu ćete naučiti kako se izotopi jednog elementa razlikuju jedni od drugih, do čega dovodi prisustvo nekoliko izotopa jednog elementa, a također ćete se upoznati s izotopima nekoliko elemenata.

Dakle, moguća oksidaciona stanja kiseonika su ograničena na vrednosti od –2 do +2. Ako kisik prihvati dva elektrona (postaje anjon) ili formira dvije kovalentne veze s manje elektronegativnih elemenata, prelazi u -2 oksidacijsko stanje. Ako kisik formira jednu vezu s drugim atomom kisika i drugu vezu s atomom manje elektronegativnog elementa, prelazi u -1 oksidacijsko stanje. Formiranjem dvije kovalentne veze sa fluorom (jedinim elementom s višom vrijednošću elektronegativnosti), kisik ulazi u +2 oksidacijsko stanje. Formiranje jedne veze sa drugim atomom kiseonika, a druge sa atomom fluora – +1. Konačno, ako kisik formira jednu vezu s manje elektronegativnim atomom i drugu vezu s fluorom, bit će u oksidacijskom stanju 0.

Fizička svojstva vodonika i kiseonika, alotropija kiseonika

Vodonik– bezbojni gas bez ukusa i mirisa. Veoma lagan (14,5 puta lakši od vazduha). Temperatura ukapljivanja vodonika – -252,8 °C – gotovo je najniža među svim plinovima (druga nakon helijuma). Tečni i čvrsti vodonik su vrlo lagane, bezbojne tvari.

Kiseonik- gas bez boje, ukusa i mirisa, nešto teži od vazduha. Na temperaturi od -182,9 °C pretvara se u tešku plavu tečnost, na -218 °C se stvrdnjava sa stvaranjem plavih kristala. Molekuli kiseonika su paramagnetni, što znači da kiseonik privlači magnet. Kiseonik je slabo rastvorljiv u vodi.

Za razliku od vodika koji formira molekule samo jedne vrste, kisik ispoljava alotropiju i formira molekule dvije vrste, odnosno element kisik formira dvije jednostavne tvari: kisik i ozon.

Hemijska svojstva i priprema jednostavnih supstanci

Vodonik.

Veza u molekuli vodonika je jednostruka veza, ali je jedna od najjačih jednostrukih veza u prirodi, a za njen prekid potrebno je utrošiti mnogo energije, zbog toga je vodonik vrlo neaktivan na sobnoj temperaturi, ali sa povećanjem temperature (ili u prisustvu katalizatora) vodonik lako stupa u interakciju sa mnogim jednostavnim i složenim supstancama.

Sa hemijske tačke gledišta, vodonik je tipičan nemetal. Odnosno, sposoban je da stupi u interakciju s aktivnim metalima i formira hidride, u kojima pokazuje oksidacijsko stanje od -1. S nekim metalima (litij, kalcij) interakcija se događa čak i na sobnoj temperaturi, ali prilično sporo, pa se zagrijavanje koristi u sintezi hidrida:

,

.

Formiranje hidrida direktnom interakcijom jednostavnih supstanci moguće je samo za aktivne metale. Aluminij više ne stupa u direktnu interakciju s vodonikom, njegov hidrid se dobiva reakcijama izmjene.

Vodonik takođe reaguje sa nemetalima samo kada se zagreje. Izuzetak su halogeni klor i brom, čija reakcija može biti izazvana svjetlom:

.

Reakcija sa fluorom takođe ne zahteva zagrevanje, čak i pri jakom hlađenju iu apsolutnoj tami.

Reakcija s kisikom se odvija po mehanizmu razgranatog lanca, pa se brzina reakcije brzo povećava, a u mješavini kisika i vodika u omjeru 1:2, reakcija se odvija eksplozijom (takva smjesa se naziva "eksplozivni plin") :

.

Reakcija sa sumporom teče mnogo mirnije, gotovo bez stvaranja topline:

.

Reakcije sa dušikom i jodom su reverzibilne:

,

.

Ova okolnost otežava dobijanje amonijaka u industriji: proces zahteva upotrebu povećanog pritiska za mešanje ravnoteže u pravcu stvaranja amonijaka. Vodonik jodid se ne dobija direktnom sintezom, jer postoji nekoliko mnogo pogodnijih metoda za njegovu sintezu.

Vodik ne reagira direktno sa niskoaktivnim nemetalima (), iako su poznata njegova jedinjenja s njima.

U reakcijama sa složenim tvarima, vodik u većini slučajeva djeluje kao redukcijski agens. U otopinama, vodonik može reducirati niskoaktivne metale (koji se nalaze iza vodika u nizu napona) iz njihovih soli:

Kada se zagrije, vodik može reducirati mnoge metale iz njihovih oksida. Štoviše, što je metal aktivniji, to ga je teže obnoviti i veća je temperatura potrebna za to:

.

Metale aktivnije od cinka gotovo je nemoguće reducirati vodonikom.

Vodik se proizvodi u laboratoriji reakcijom metala s jakim kiselinama. Najčešće se koriste cink i hlorovodonična kiselina:

Manje se koristi elektroliza vode u prisustvu jakih elektrolita:

U industriji se vodik dobiva kao nusproizvod pri proizvodnji natrijevog hidroksida elektrolizom otopine natrijevog hlorida:

Osim toga, vodonik se dobiva preradom nafte.

Proizvodnja vodonika fotolizom vode jedna je od najperspektivnijih metoda u budućnosti, ali je u ovom trenutku industrijska primjena ove metode teška.

Rad sa materijalima elektronskih obrazovnih resursa Laboratorijski rad “Proizvodnja i svojstva vodonika” i Laboratorijski rad “Redukcijska svojstva vodonika”. Proučite princip rada aparata Kipp i Kiryushkin aparata. Razmislite u kojim slučajevima je prikladnije koristiti Kipp aparat, a u kojim je prikladnije koristiti Kiryushkin aparat. Koja svojstva vodik pokazuje u reakcijama?

Kiseonik.

Veza u molekulu kiseonika je dvostruka i veoma jaka. Stoga je kisik prilično neaktivan na sobnoj temperaturi. Međutim, kada se zagrije, počinje pokazivati ​​jaka oksidirajuća svojstva.

Kisik bez zagrijavanja reagira s aktivnim metalima (alkalijama, zemnoalkalnim i nekim lantanidima):

Kada se zagrije, kisik reagira s većinom metala i formira okside:

,

,

.

Srebro i manje aktivni metali se ne oksidiraju kisikom.

Kisik također reagira s većinom nemetala i formira okside:

,

,

.

Do interakcije sa dušikom dolazi samo na vrlo visokim temperaturama, oko 2000 °C.

Kiseonik ne reaguje sa hlorom, bromom i jodom, iako se mnogi njihovi oksidi mogu dobiti indirektno.

Interakcija kisika s fluorom može se izvesti propuštanjem električnog pražnjenja kroz mješavinu plinova:

.

Kiseonik(II) fluorid je nestabilno jedinjenje, lako se raspada i veoma je jak oksidant.

U rastvorima je kiseonik jako, iako sporo, oksidaciono sredstvo. Po pravilu, kisik potiče prijelaz metala u viša oksidaciona stanja:

Prisustvo kiseonika često omogućava da se metali koji se nalaze odmah iza vodonika u nizu napona rastvore u kiselinama:

Kada se zagrije, kisik može oksidirati niže okside metala:

.

Kiseonik se u industriji ne dobija hemijskim metodama, on se dobija iz vazduha destilacijom.

U laboratoriji koriste reakcije razgradnje spojeva bogatih kisikom - nitrata, klorata, permanganata kada se zagrijavaju:

Također možete dobiti kisik katalitičkom razgradnjom vodikovog peroksida:

Osim toga, gornja reakcija elektrolize vode može se koristiti za proizvodnju kisika.

Rad sa materijalima elektronskog obrazovnog resursa Laboratorijski rad „Proizvodnja kiseonika i njegova svojstva“.

Kako se zove metoda prikupljanja kiseonika koja se koristi u laboratorijskom radu? Koje druge metode prikupljanja gasova postoje i koje su od njih pogodne za sakupljanje kiseonika?

Zadatak 1. Pogledajte video klip „Razlaganje kalijum permanganata pri zagrijavanju.“

Odgovorite na pitanja:

1. 1. Koji od čvrstih produkta reakcije je rastvorljiv u vodi?
   2. Koje je boje rastvor kalijum permanganata?
   3. Koje je boje rastvor kalijum manganata?

Napišite jednadžbe za reakcije koje se javljaju. Uravnotežite ih metodom elektronske ravnoteže.

Razgovarajte o zadatku sa svojim nastavnikom u ili u video sobi.

Ozon.

Molekula ozona je troatomska i veze u njoj su manje jake nego u molekuli kisika, što dovodi do veće kemijske aktivnosti ozona: ozon lako oksidira mnoge tvari u otopinama ili u suhom obliku bez zagrijavanja:

Ozon može lako oksidirati dušikov(IV) oksid u dušikov(V) oksid, a sumpor(IV) oksid u sumpor(VI) oksid bez katalizatora:

Ozon se postupno razgrađuje u kisik:

Za proizvodnju ozona koriste se posebni uređaji - ozonizatori, u kojima se usijano pražnjenje propušta kroz kisik.

U laboratoriji, da bi se dobile male količine ozona, ponekad se koriste reakcije razgradnje perokso spojeva i nekih viših oksida pri zagrijavanju:

Rad sa materijalima elektronskog obrazovnog izvora Laboratorijski rad „Proizvodnja ozona i proučavanje njegovih svojstava“.

Objasnite zašto otopina indiga mijenja boju. Napišite jednadžbe za reakcije koje nastaju kada se pomiješaju otopine olovnog nitrata i natrijevog sulfida i kada se ozonirani zrak propušta kroz nastalu suspenziju. Napišite ionske jednačine za reakciju ionske izmjene. Za redoks reakciju stvorite ravnotežu elektrona.

Razgovarajte o zadatku sa svojim nastavnikom u ili u video sobi.

Hemijska svojstva vode

Da biste se bolje upoznali sa fizičkim svojstvima vode i njenim značajem, radite sa materijalima elektronskih obrazovnih resursa „Anomalna svojstva vode“ i „Voda je najvažnija tečnost na Zemlji“.

Voda je od velike važnosti za sve žive organizme – u stvari, mnogi živi organizmi se sastoje od više od polovine vode. Voda je jedno od najuniverzalnijih rastvarača (pri visokim temperaturama i pritiscima njene sposobnosti kao rastvarača značajno se povećavaju). Sa hemijske tačke gledišta, voda je vodikov oksid, au vodenom rastvoru disocira (iako u vrlo maloj meri) na vodikove katione i hidroksidne anione:

.

Voda reaguje sa mnogim metalima. Voda reagira s aktivnim tvarima (alkalne, zemnoalkalne i neke lantanoide) bez zagrijavanja:

Interakcija s manje aktivnim dolazi kada se zagrije.

• Oznaka - H (vodonik);
• Latinski naziv - Hydrogenium;
• Razdoblje - I;
• Grupa - 1 (Ia);
• Atomska masa - 1,00794;
• Atomski broj - 1;
• Atomski radijus = 53 pm;
• Kovalentni radijus = 32 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 1;
• temperatura topljenja = -259,14°C;
• tačka ključanja = -252,87°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 2,02/-;
• Oksidacijsko stanje: +1; 0; -1;
• Gustina (br.) = 0,0000899 g/cm 3 ;
• Molarni volumen = 14,1 cm 3 /mol.

Binarna jedinjenja vodonika sa kiseonikom:

Vodonik („rađanje vode“) otkrio je engleski naučnik G. Cavendish 1766. godine. To je najjednostavniji element u prirodi - atom vodonika ima jezgro i jedan elektron, što je vjerovatno razlog zašto je vodonik najzastupljeniji element u svemiru (koji čini više od polovine mase većine zvijezda).

Za vodonik možemo reći da je "kalem je mali, ali skup." Uprkos svojoj "jednostavnosti", vodonik daje energiju svim živim bićima na Zemlji - na Suncu se odvija kontinuirana termonuklearna reakcija tokom koje se od četiri atoma vodika formira jedan atom helija, a ovaj proces je praćen oslobađanjem kolosalne količine energije. (za više detalja pogledajte Nuklearna fuzija).

U zemljinoj kori maseni udio vodonika je samo 0,15%. U međuvremenu, ogromna većina (95%) svih hemijskih supstanci poznatih na Zemlji sadrži jedan ili više atoma vodika.

U jedinjenjima s nemetalima (HCl, H 2 O, CH 4 ...), vodik predaje svoj jedini elektron elektronegativnijim elementima, pokazujući oksidacijsko stanje +1 (češće), formirajući samo kovalentne veze (vidi Kovalentne obveznica).

U jedinjenjima sa metalima (NaH, CaH 2 ...), vodonik, naprotiv, prihvata drugi elektron u svoju jedinu s-orbitalu, pokušavajući tako da dovrši svoj elektronski sloj, pokazujući oksidaciono stanje od -1 (rjeđe), često formiraju ionsku vezu (vidi Jonska veza), jer razlika u elektronegativnosti atoma vodika i atoma metala može biti prilično velika.

H 2

U gasovitom stanju, vodonik postoji u obliku dvoatomskih molekula, formirajući nepolarnu kovalentnu vezu.

Molekuli vodonika imaju:

• velika mobilnost;
• velika snaga;
• niska polarizabilnost;
• male veličine i težine.

Svojstva gasovitog vodonika:

• najlakši plin u prirodi, bez boje i mirisa;
• slabo topiv u vodi i organskim otapalima;
• rastvara se u malim količinama u tečnim i čvrstim metalima (posebno platini i paladijumu);
• teško se ukapljuje (zbog niske polarizabilnosti);
• ima najveću toplotnu provodljivost od svih poznatih gasova;
• kada se zagrije, reagira s mnogim nemetalima, pokazujući svojstva redukcijskog agensa;
• na sobnoj temperaturi reaguje sa fluorom (dolazi do eksplozije): H 2 + F 2 = 2HF;
• reaguje sa metalima da formira hidride, pokazujući oksidaciona svojstva: H 2 + Ca = CaH 2 ;

U jedinjenjima, vodonik pokazuje svoja redukcijska svojstva mnogo jače od svojih oksidacijskih svojstava. Vodik je najmoćniji reduktor nakon uglja, aluminija i kalcija. Redukciona svojstva vodika se široko koriste u industriji za dobivanje metala i nemetala (jednostavnih tvari) iz oksida i galida.

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Reakcije vodika sa jednostavnim supstancama

Vodonik prihvata elektron, igrajući ulogu redukciono sredstvo, u reakcijama:

• With kiseonik(kada se zapali ili u prisustvu katalizatora), u omjeru 2:1 (vodik:kiseonik) nastaje eksplozivni detonirajući gas: 2H 2 0 +O 2 = 2H 2 +1 O+572 kJ
• With siva(kada se zagrije na 150°C-300°C): H 2 0 +S ↔ H 2 +1 S
• With hlor(kada se zapali ili ozrači UV zracima): H 2 0 +Cl 2 = 2H +1 Cl
• With fluor: H 2 0 +F 2 = 2H +1 F
• With azot(kada se zagrijava u prisustvu katalizatora ili pod visokim pritiskom): 3H 2 0 +N 2 ↔ 2NH 3 +1

Vodonik donira elektron, igrajući ulogu oksidacijsko sredstvo, u reakcijama sa alkalna I alkalna zemlja metali sa stvaranjem metalnih hidrida - ionskih spojeva sličnih solima koji sadrže hidridne ione H - to su nestabilne bijele kristalne tvari.

Ca+H 2 = CaH 2 -1 2Na+H 2 0 = 2NaH -1

Za vodonik nije tipično da pokazuje oksidacijsko stanje od -1. U reakciji s vodom, hidridi se raspadaju, redukujući vodu u vodik. Reakcija kalcijum hidrida sa vodom je sljedeća:

CaH 2 -1 +2H 2 +1 0 = 2H 2 0 +Ca(OH) 2

Reakcije vodonika sa složenim supstancama

• na visokim temperaturama, vodonik reducira mnoge metalne okside: ZnO+H 2 = Zn+H 2 O
• metil alkohol se dobija reakcijom vodonika sa ugljičnim monoksidom (II): 2H 2 +CO → CH 3 OH
• U reakcijama hidrogenacije, vodik reagira s mnogim organskim tvarima.

Jednačine hemijskih reakcija vodonika i njegovih spojeva detaljnije su obrađene na stranici „Vodonik i njegova jedinjenja – jednadžbe hemijskih reakcija koje uključuju vodonik“.

Primjena vodonika

• u nuklearnoj energiji koriste se izotopi vodika - deuterijum i tricij;
• u hemijskoj industriji vodik se koristi za sintezu mnogih organskih supstanci, amonijaka, hlorovodonika;
• u prehrambenoj industriji vodonik se koristi u proizvodnji čvrstih masti hidrogenacijom biljnih ulja;
• za zavarivanje i rezanje metala koristi se visoka temperatura sagorevanja vodonika u kiseoniku (2600°C);
• u proizvodnji nekih metala, vodonik se koristi kao redukciono sredstvo (vidi gore);
• pošto je vodonik lak gas, koristi se u aeronautici kao punilo za balone, aerostate i vazdušne brodove;
• Vodik se koristi kao gorivo pomešano sa CO.

Naučnici u posljednje vrijeme posvećuju dosta pažnje potrazi za alternativnim izvorima obnovljive energije. Jedno od obećavajućih područja je „vodikova“ energija, u kojoj se kao gorivo koristi vodonik, čiji je produkt sagorijevanja obična voda.

Metode za proizvodnju vodonika

Industrijske metode za proizvodnju vodonika:

• konverzija metana (katalitička redukcija vodene pare) vodenom parom na visokoj temperaturi (800°C) na nikalnom katalizatoru: CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2;
• konverzija ugljen monoksida vodenom parom (t=500°C) na Fe 2 O 3 katalizatoru: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ;
• termička razgradnja metana: CH 4 = C + 2H 2;
• gasifikacija čvrstih goriva (t=1000°C): C + H 2 O = CO + H 2 ;
• elektroliza vode (veoma skupa metoda koja proizvodi vrlo čist vodonik): 2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodonika:

• djelovanje na metale (obično cink) sa hlorovodoničnom ili razblaženom sumpornom kiselinom: Zn + 2HCl = ZCl 2 + H 2 ; Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2;
• interakcija vodene pare sa vrelim gvozdenim strugotinama: 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2.