Wodór – najczęściej występujący pierwiastek
Opublikowano: 28 marca 2021

Wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie. Również na Ziemi występuje powszechnie. Jednak na naszej planecie bardzo rzadko można obserwować go w czystej postaci. Stanowi on jednak element składowy wszystkich związków organicznych, a przede wszystkim tworzy cząsteczki wody.

Już w XVIII wieku badacze wiedzieli, że poprzez utlenianie wodoru można uzyskać wodę. Stąd pochodzi jego polska nazwa. W pierwszej wersji brzmiała ona wodo-ród, później uległa skróceniu do obecnej formy. Łacińska nazwa hydrogenium oznacza „tworzący wodę”.

Wodór w swej najbardziej powszechnej formie jest też najprostszym możliwym atomem. Składa się on bowiem tylko z jednego protonu i jednego elektronu. W warunkach naturalnych na Ziemi tworzy cząsteczki składające się z dwóch atomów H₂. Natomiast wodór atomowy powszechnie występuje w kosmosie. W temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym panującym na powierzchni Ziemi wodór występuje jako bardzo lekki, bezwonny, nietoksyczny i łatwopalny gaz.

Szacuje się, że aż 75 procent masy materii we Wszechświecie stanowi ten właśnie pierwiastek. Jest on również najlżejszym spośród wszystkich gazów.

Na Ziemi czysty wodór występuje głównie w górnych warstwach atmosfery, gazach wulkanicznych, czasem w gazie ziemnym i skałach. Zdecydowaną większość pierwiastka odnajdujemy natomiast w związkach chemicznych, głównie wodzie. Wodór jest też obecny we wszystkich związkach organicznych. Szacuje się, że organizm człowieka w dziesięciu procentach składa się z wodoru, co stanowi średnio ponad 7 kg.

Wodór zmieszany z powietrzem i podgrzany do temperatury wyższej niż 450 stopni Celsjusza wybucha. Mieszanka wodoru i tlenu w proporcjach 2 do 1 powoduje najsilniejszą eksplozję i nazywana jest mieszanką piorunującą. Wodór spala się w powietrzu niebieskim płomieniem. Po zmieszaniu z czystym tlenem jednak gaz spala się płomieniem prawie niewidocznym dla ludzkiego oka, ponieważ podczas spalania emitowane jest głównie promieniowanie ultrafioletowe.

Łatwo zaobserwować to zjawisko oglądając archiwalne nagrania ze startów amerykańskich promów kosmicznych. Podczas gdy rakiety pomocnicze napędzane paliwem stałym buchają jaskrawym płomieniem, płomień z silnika głównego napędzanego mieszanką wodoru i tlenu jest prawie niedostrzegalny. Tak palący się wodór stwarza poważne zagrożenie dla pojazdów kosmicznych. Wycieki płonącego gazu są bowiem niedostrzegalne a ich wykrycie wymaga użycia detektorów ognia.

Wodór stanowi również paliwo dla gwiazd. W ich wnętrzu dochodzi do reakcji termojądrowych w wyniku których wodór zamienia się w hel. Wyczerpanie wodoru oznacza powolną śmierć gwiazdy. Przebiega ona różnie w zależności od wielkości ciała niebieskiego.

Izotopy wodoru

Najbardziej rozpowszechnionym izotopem wodoru jest prot oznaczany symbolem ¹H. Stanowi on ponad 99,9 procenta całego wodoru występującego w stanie naturalnym. Jego atom składa się z jednego protonu i jednego elektronu. Kiedy więc mówimy o właściwościach wodoru, zwykle mamy na myśli właśnie prot.

Ale wodór posiada jeszcze jeden stabilny izotop – deuter zwany też ciężkim wodorem, oznaczany symbolem ²H lub D. Deuter posiada dodatkowo jeden neutron w jądrze. Jednocześnie może on wchodzić w reakcje chemiczne podobnie jak prot. Najbardziej znanym produktem takich reakcji jest ciężka woda, której używa się przy produkcji broni jądrowej. Ciężka woda występuje w niewielkich ilościach w zwykłej wodzie. Pozyskiwać ją można odwirowując wodę lub poddając ją elektrolizie (cząsteczki ciężkiej wody wolniej się rozpadają i pozostają dłużej w naczyniu)

Nietrwałym izotopem wodoru jest tryt. Występuje on w niewielkich ilościach w naturze, jednak zwykle pozyskuje się go w laboratoriach. Atom trytu zawiera proton i dwa neutrony. Jest on pierwiastkiem promieniotwórczym a jego rozpadowi towarzyszy emisja promieniowania β⁻. Podczas rozpadu neutron zmienia się w proton i elektron a tryt przekształcony zostaje w izotop helu. Również tryt może łączyć się z tlenem. W wyniku reakcji otrzymujemy radioaktywną wodę trytową zwaną też superciężką wodą.

Wojciech Ostrowski