Występowanie i otrzymywanie wodoru

Pod względem ilości, w jakiej występuje w dostępnej człowiekowi części wszechświata, wodór ustępuje niektórym innym pierwiastkom, zajmując dopiero dziewiąte miejsce {0,88%, por, tabl. 1, § 6). Jeśli jednak wziąć pod uwagę mały ciężar atomowy wodoru, tzn. jeśli porównywać ilości pierwiastków nie według liczby gramów, ale według liczby gramoatomów, wówczas wodór wysunie się na trzecie miejsce, tuż po krzemie. Niewielkie ilości wodoru występują w niektórych wyziewach wulkanicznych. Siady jego znajdują się też w powietrzu atmosferycznym, zwłaszcza w jego wyższych warstwach. Przeważną część ogól- nej ilości wodoru tworzy wodór związany z tlenem w wodzie, w której stanowi on Vg cześć na wagę. Prócz tego znaczne ilości wodoru związanego z węglem zawarte są w pokładach węgla kamiennego, złożach ropy naftowej oraz we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych.

Za produkt wyjściowy do otrzymania wodoru służy zazwyczaj najbardziej rozpowszechniony jego związek — woda. Wodór może być wydzielany z wody kilkoma różnymi metodami:

– 1. Niektóre pierwiastki, łączące się energicznie z tlenem, odbierają go wodzie, tworząc tlenki lub wodorotlenki i wydzielając wodór w stanie wolnym. Jedne z nich działają w ten sposób już na zimno, np. sód i potas:

– 2Na + 2HsO = 2NaOn + H2, z innymi, np. z magnezem, reakcja przebiega dopiero w temperaturze wrzenia wody. Jeszcze inne, jak żelazo lub węgiel, odbierają wodzie tlen dopiero w temperaturze czerwonego żaru:

– 3 Fe + 4H20 Fe304 + 4H2, C + 11,0.— 00 -f H2.

Występowanie i otrzymywanie wodoru cz. II

Ostatnie dwie reakcje są reakcjami odwracalnymi. Druga z nich. jest stosowana do otrzymywania wodoru na skalę techniczną. Tlenek węgla może być dość łatwo usunięty (§ 226) i w ten sposób otrzymuje się wodór dostatecznie czysty dla celów technicznych.

– 2. Jak już wspomniano podczas omawiania metod otrzymywania tlenu (§ 16), wodór wydziela się na biegunie ujemnym podczas elektrolizy wodnych roztworów kwasów i zasad. Duża ilość wodoru powstaje jako produkt uboczny podczas elektrolizy chlorku sodowego lub potasowego, prowadzonej w celu wytwarzania wodorotlenków (§ 306),

– 3. Dość znaczne ilości wolnego wodoru zawarte są w gazie świetlnym, otrzymywanym przez ogrzewanie węgla kamiennego bez dostępu powietrza. Może on być wyodrębniony przez skroplenie innych składników gazu w niskich temperaturach.

– 4. Wodór wchodzi w skład wszystkich kwasów, z których może być wyrugowany przez działanie niektórymi metalami. Zwykle używa się w tym celu cynku i kwasu siarkowego: Zn -j- H2SO4 = Z11SO4 -j- U2.

Związek, który przy tym powstaje, nosi nazwę siarczanu cynkowego. Ten sposób otrzymywania wodoru stosuje się zwykle w laboratoriach, gdy chodzi o niewielkie ilości tego gazu. Bardzo wygodnie prowadzić reakcję w specjalnym przyrządzie szklanym, zwanym aparatem K i p p a lub po prostu kippem (rys. 9). Cynk umieszcza się w części A przyrządu na podkładce gumowej, uniemożliwiającej spadanie drobnych kawałków metalu do części B poprzez szparę pomiędzy nóżką leja C a zwężoną częścią aparatu P. Po szczelnym dopasowaniu obu części w S i otwarciu kranu K wlewa się przez górny otwór kwas, który zapełnia całą część B i poprzez przewężenie dostaje się do A, gdzie zaczyna reagować z cynkiem. Wywiązujący się wodór wypiera powietrze z aparatu, a następnie uchodzi przez kran K, skąd po przepuszczeniu przez płuczkę ze stężonym kwasem siarkowym (rys. 10), celem osuszenia, może być doprowadzony do miejsca zużytkowania. Z chwilą gdy przestanie on być potrzebny, zamyka się kran K. Powstający wodór, nie znajdując ujścia z A, ciśnie na powierzchnię kwasu i wypiera go poprzez B do górnej bańki C. W ten sposób kontakt kwasu z cynkiem zostaje przerwany i wydzielanie wodoru ustaje, by rozpocząć się na nowo z chwilą otwarcia kranu. Aparat K i p p a pozwala więc z jednej strony otrzymywać wygodny do regulowania strumień wodoru, z drugiej zaś daje dużą oszczędność odczynników, gdyż reakcję można w każdej chwili przerwać lub ponownie zainicjować.

– 5. Podobnie można otrzymać wodór działając na roztwory zasad niektórymi metalami, jak glinem, cynkiem lub też niemetalami, jak krzemem, fosforem: 6NaOH + 2 Al = 2Isa3A103 -f 3H2, 2STaOH + Si + HaO = Ka2Si03 -f 2Ha.

– 6, Dla otrzymania niewielkich ilości wodoru działa się wodą na połączenia wodoru z niektórymi metalami (wodorki), najczęściej na wodorek wapniowy: 2H,0 = Ca(OH)2 + 2Hf.