Ako sa dozvedieť o chémii atómu vodíka?

Atóm vodíka je najjednoduchším atómom zo všetkých prvkov v periodickej tabuľke. Skladá sa z protónu, ktorý je obmedzený na jadro, a elektrónu, ktorý cirkuluje okolo jadra v kruhovom pohybe. Je to tretí prvok na Zemi v hojnom počte po kyslíku a kremíku. Jeho jednoduchá štruktúra pútala pozornosť fyzika, aby predpovedal štruktúru atómu, ktorá v tom čase nebola s istotou známa. Bohrova teória atómu vodíka bola prvou úspešnou teóriou, ktorá predpovedala štruktúru a energetiku atómu vodíka. Táto teória predpokladala kvantizáciu momentu hybnosti.

Táto teória, aj keď bola úspešná pri riešení orbitálnych energií pre atóm vodíka, nebolo možné použiť na iné atómy. Schroedingerova rovnica prišla neskôr a napriek tomu, že ju je možné presne vyriešiť iba pre atóm vodíka, mohla byť aplikovaná na iné atómy alebo dokonca molekuly pomocou aplikácie poruchovej teórie. Einstein predpovedal vznik vodíkovej bomby na základe svojho pozorovania, že jadrová reakcia na povrchu slnka medzi dvoma atómami vodíka splynie za vzniku atómu hélia uvoľňujúceho obrovské množstvo energie.

Odstránením jediného elektrónu v atóme vodíka ionizáciou sa vytvorí kladne nabitý atóm vodíka, ktorý sa nazýva protón, pretože má iba protón obmedzený na jadro. Podľa Bronstedovej teórie kyselín a zásad je protón alebo H+ kyselina a každá molekula, ktorá uvoľňuje protón, sa považuje za kyselinu.

Pridaním elektrónu k neutrálnemu atómu vodíka vzniká reaktívny druh, ktorý sa nazýva hydrid. Všetky kovové väzby na vodík sú hydridového typu. Je to spôsobené nižšou elektronegativitou kovov v porovnaní s vodíkom, ktorý je viac elektronegatívny. Halogény a chalkogény tvoria väzby s vodíkom protónových typov, čo je spôsobené vyššou elektronegativitou halogénov a chalkogénov v porovnaní s vodíkom.

Kovalentné väzby medzi atómami a vodíkom tiež existujú. Príkladom je väzba medzi uhlíkovou skupinou a vodíkom. Metán je príkladom zlúčeniny s kovalentnou väzbou medzi uhlíkom a vodíkom. Je to spôsobené podobnosťou elektronegativít medzi uhlíkom a vodíkom.

Sú známe izotopy vodíka, v ktorých existuje jeden neutrón v jadre vodíka spolu s protónom. Tento izotop sa nazýva deutérium a tvorí ťažkú vodu alebo D2O, čo je analóg ľahkej vody alebo H2O. D2O sa používa pri spracovaní jadrovej energie. Spomaľuje tok neutrónov, ktoré bombardujú prvky uránu. Tak riadenie štiepneho procesu rádioaktívny atóm. Ďalší izotop vodíka má v jadre dva neutróny a nazýva sa trícium.

Väzba dvoch atómov vodíka tvorí molekulu vodíka. Molekula vodíka je relatívne stabilná zlúčenina, ktorá má kovalentnú väzbu medzi dvoma atómami vodíka. Môže sa pripraviť z reakcie zdroja hydridu s vodou, ako je napríklad táto reakcia:

Nah + h2o-> h2 + naoh

Môže sa tiež pripraviť rozpustením kovového sodíka vo vode podľa nasledujúcej rovnice:

Na + h2o -> h2 + na2o

Molekula vodíka sa môže pridať k dvojitej väzbe pomocou katalyzátora, ako je paládium alebo pd.