{"id":45,"date":"2024-04-04T07:30:18","date_gmt":"2024-04-04T04:30:18","guid":{"rendered":"https:\/\/sisu.ut.ee\/huvitavkeemia\/55-vesinik-ja-vesinikuhendid\/"},"modified":"2025-04-22T13:34:36","modified_gmt":"2025-04-22T10:34:36","slug":"55-vesinik-ja-vesinikuhendid","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sisu.ut.ee\/huvitavkeemia\/55-vesinik-ja-vesinikuhendid\/","title":{"rendered":"5.5. Vesinik ja vesiniku\u00fchendid"},"content":{"rendered":"

Vesinik, mis asub IA r\u00fchmas, kuulub mittemetallide hulka. Looduses esineb vesinik kolme <\/span><\/span>isotoobina:\u00a0prootium, deuteerium ja triitium, mis erinevad \u00fcksteisest neutronite arvu poolest (joonis 1).<\/p>\n

\"pilt\"<\/p>\n

Joonis 1. Vesiniku isotoobid<\/span><\/span><\/h6>\n

Vesiniku elektronvalem on 1s1<\/sup>, st v\u00e4liskihis on \u00fcks elektron, mille ta reaktsioonides \u00fcldjuhul loovutab.\u00a0Vesinik on v\u00e4ga tugev redutseerija ning vesiniku t\u00fc\u00fcpiline ok\u00fcdatsiooniaste \u00fchendites on +I. Ainult metallidega reageerimisel k\u00e4itub kui oks\u00fcdeerija.<\/span><\/span><\/p>\n

Vesinik on v\u00e4ga tugev redutseerija ning vesiniku t\u00fc\u00fcpiline oks\u00fcdatsiooniaste \u00fchendites on +I. <\/span><\/span><\/h5>\n

Ainena on vesinik v\u00e4rvuseta, l\u00f5hnata, maitseta ning \u00f5hust 14,32 korda kergem gaas. Vesiniku kui \u00fclikerge gaasiga t\u00e4idetud \u00f5hupallid t\u00f5usevad v\u00e4ga k\u00f5rgele. Vesinik lahustub halvasti vees ning orgaanilistes lahustites.\u00a0Vesinik lihtainena on kaheaatomiline molekul \u2013\u00a0H2<\/sub>. Molekulid on v\u00e4ga v\u00e4ikesed, kerged, liiguvad kiiresti ning on v\u00e4ga p\u00fcsivad, lagunevad aatomiteks m\u00e4rgatavalt alles \u00fcle 2000\u00a0o<\/sup>C juures. Vesinik on kosmoses levinuim element ning moodustab p\u00f5hiosa P\u00e4ikese massist, ka Jupiter ja Saturn koosnevad peamiselt vesinikust. V\u00f5rreldes teiste mittemetallidega\u00a0on vesinik keskmise aktiivsusega mittemetalliline element. <\/span><\/span><\/p>\n

Vesinikumolekul on toatemperatuuril suhteliselt p\u00fcsiv ning reaktsioonid kulgevad teiste ainetega \u00fcksnes kuumutamisel. Vesiniku keemilisi omadusi iseloomustab j\u00e4rgmine skeem.<\/span><\/span><\/p>\n

\"pilt\"<\/p>\n

Joonis 2. Lihtaine H2<\/sub> keemilised omadused<\/span><\/span><\/h6>\n

\"popup\"\u00a0\u00a0Loe lisaks: Vesiniku segu \u00f5hu v\u00f5i hapnikuga on ohtlik.<\/a><\/p>\n

Tuntuimad vesinik\u00fchendid ja nende happe-alus omadused on toodud tabelis 1. Tabelist n\u00e4ed, et vesiniku oks\u00fcdatsiooniaste on mittemetallide vesinik\u00fchendites\u00a0+I. Ainukese erandina on tabelis SiH4<\/sub>, kus H on elektronegatiivsem\u00a0kui Si ning seega on \u00fchine elektronpaar t\u00f5mmatud vesiniku poole ning vesiniku o.a on -I. <\/span><\/p>\n

Mittemetallide vesinik\u00fchendid on erinevate happe-alus omadustega. Perioodis vasakult paremale mittemetallide vesinik\u00fchendite sideme polaarsus suureneb ning prootonit on kergem loovutada. Seet\u00f5ttu suurenevad ka happelised omadused. <\/span><\/p>\n

HF <\/span>\u21c6<\/span><\/span> H+<\/sup> + F\u2013<\/sup> <\/span><\/span><\/p>\n

HF dissotsieerumisel tekib lahusesse prooton ja fluoriidioon. Prootonite hulga kasvades lahuses suureneb ka lahuse happelisus. Fluoriidhappe dissotsiatsioon on tasakaaluline, \u00fclej\u00e4\u00e4nud vesinikhalogeniidid dissotsieeruvad t\u00e4ielikult.<\/span><\/span><\/p>\n

HI <\/span>\u2192<\/span><\/span> H+<\/sup> + I\u2013<\/sup> <\/span><\/span><\/p>\n

R\u00fchmas \u00fclevalt alla polaarse kovalentse sideme pikkus suureneb ja seet\u00f5ttu on\u00a0prootonit lihtsam loovutada. Vesinikhalogeniidide korral suureneb \u00fchendis kovalentse sideme pikkus ja happelisus j\u00e4rgmises reas HF < \u00a0HCl < HBr < HI. HI on vesinikhalogeniididest k\u00f5ige tugevam hape.<\/span><\/p>\n

Tabel 1. Tuntuimad mittemetallide vesinik\u00fchendid ja nende happe-alus omadused<\/span><\/h6>\n

\"pilt\"<\/p>\n

Vesiniku saamine <\/span><\/span><\/h2>\n

Vesinikku on v\u00f5imalik saada erinevate keemiliste reaktsioonide tulemusena.\u00a0 <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

T\u00f6\u00f6stuslikult<\/h3>\n

T\u00f6\u00f6stuslikult toodetakse vesinikku <\/span><\/span><\/span>looduslikust gaasist metaanist k\u00f5rgel temperatuuril katal\u00fcsaatorite juuresolekul: <\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

CH4<\/sub>(g) + H2<\/sub>O(g)\u00a0$\\xrightarrow[]{temp,kata\\hspace{0cm}l\u00fcsaator}$\u00a0CO(g) \u00a0+ 3 H2<\/sub>(g)\u00a0 \u0394H= 206,2 kJ<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Katal\u00fcsaatori juuresolekul l\u00e4heb reaktsioon edasi:<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

CO(g) + H2<\/sub>O(g) $\\xrightarrow[]{kata\\hspace{0cm}l\u00fcsaator}$ CO2<\/sub>(g) \u00a0+ H2<\/sub>(g)\u00a0 \u0394H= -41,2 kJ<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Selliselt saadud vesinik pole eriti puhas. <\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Elektrol\u00fc\u00fcsi teel puhta vesiniku tootmine<\/h3>\n

Vaata elektrol\u00fc\u00fcsi videot.<\/a>\"video\"<\/a><\/h5>\n

Puhast vesinikku toodetakse vee elektrol\u00fc\u00fcsil<\/span><\/span>\u00a0\u2013 katoodil eraldub vesinik ja anoodil hapnik (joonis 3).<\/span><\/p>\n

Katood: <\/span>2 H2<\/sub>O + 2e\u2013<\/sup> <\/span><\/span>\u2192 <\/span><\/span>H2<\/sub> \u2191+ 2 OH\u2013<\/sup>\u00a0 <\/span><\/span><\/p>\n

Anood: 2 H2<\/sub>O \u2013 4e\u2013<\/sup> <\/span><\/span>\u2192<\/span><\/span> O2<\/sub> \u2191+ 4 H+<\/sup>\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span><\/span><\/p>\n

Summaarne vee elektrol\u00fc\u00fcsi v\u00f5rrand:<\/span><\/span><\/p>\n

2 H2<\/sub>O <\/span><\/span>$\\xrightarrow[]{e\\hspace{0cm}lektrol\u00fc\u00fcs}$<\/span><\/span><\/span><\/span><\/i><\/i>\u00a02\u00a0<\/span><\/span>H2<\/sub>\u2191 + O2<\/sub>\u2191<\/span><\/span><\/p>\n

\"pilt\"<\/p>\n

Joonis 3. Vee elektrol\u00fc\u00fcs<\/span><\/span><\/span><\/h6>\n

Vesiniku rakendused<\/h2>\n

Vesiniku \u00fcks t\u00e4htsamaid \u00fchendeid hapnikuga on vesi (H2<\/sub>O). Ilma veeta poleks elu, sest elusorganismides on p\u00f5hikoostisosaks vesi, nendes toimuvad keemilised reaktsioonid kulgevad reeglina vesilahustes.<\/p>\n

H2<\/sub>O2<\/sub> vesinikperoksiidi kasutatakse meditsiinis desinfitseeriva vahendina v\u00f5i juuksurisalongides juuste pleegitamiseks (blondeerimiseks).<\/p>\n

Vesinikku kasutatakse t\u00e4nap\u00e4eval laialdaselt ammoniaagi tootmisel, raketik\u00fctusena, metallurgias metallide redutseerimisel oksiididest, keemiat\u00f6\u00f6stuses paljude ainete saamisel (NH3<\/sub>, HNO3<\/sub>, NaOH jne).<\/p>\n

Vesinik kui k\u00fctuseelementide k\u00fctus<\/h3>\n

Vesiniku oks\u00fcdeerumisel hapnikuga eraldub palju energiat ja seejuures tekib saadus vesi, mis ei saasta loodust. Vee tekkimise reaktsiooni vesinikust ja hapnikust kasutatakse \u00e4ra keemilistes vooluallikates \u2013 nn\u00a0k\u00fctuseelementides. K\u00fctuseelement (fuel cell<\/em>) on seade, mis toodab keemilisest energiast elektrienergiat, ilma et muundaks seda vahepeal mehaaniliseks. K\u00fctuseelemendis \u00fchel elektroodil (anood) oks\u00fcdeerub vesinik ja teisel elektroodil (katoodil) redutseerub hapnik. J\u00e4rgnevalt ongi \u00e4ra toodud k\u00fctuseelemendi lihtsustatud skeem ja elektroodidel toimuvad reaktsioonid (joonis 4).<\/p>\n

K\u00fctuseelemendis toimub j\u00e4rgmine keemiline reaktsioon:<\/p>\n

Anood (-): H2 <\/sub>\u2192 2H+<\/sup> + 2e\u2013 <\/sup>
Katood (+): 2e\u2013<\/sup> + 2H+<\/sup> + \u00bd (O2<\/sub>) \u2192 H2<\/sub>O
Element: H2<\/sub> + \u00bd O2<\/sub> \u2192 H2<\/sub>O<\/p>\n

\"pilt\"<\/p>\n

Joonis 4. K\u00fctuseelemendi skeem<\/h6>\n

K\u00fctuseelemente on erinevaid. S\u00f5ltuvalt kasutatavatest materjalidest on nende t\u00f6\u00f6temperatuurid erinevad \u2013 osad t\u00f6\u00f6tavad madalatel temperatuuridel ning osad k\u00f5rgetel.\u00a0Samuti on erinev nende kasutegur, j\u00e4\u00e4des keskmiselt ligikaudu 60% kanti.<\/p>\n

V\u00e4hem aktiivstete metallide saamine<\/h3>\n

Vesiniku kasutamisel redutseerijana saadakse v\u00e4ga puhtaid metalle. Kasutades redutseerijana s\u00fcsinikku, j\u00e4\u00e4b alati metalli sisse v\u00e4ikeses koguses lisandina s\u00fcsinikku.<\/p>\n

Fe2<\/sub>O3<\/sub>(t) + 3 H2<\/sub>(g) \u2192 2 Fe(t) + 3 H2<\/sub>O(g)
CuO(t) + H2<\/sub> (g) \u2192 Cu(t) + H2<\/sub>O(g)<\/span><\/span><\/p>\n

Keemiat\u00f6\u00f6stuses kasutatakse vesinikku ammoniaagi, vesinikkloriidi jt\u00a0s\u00fcnteesis.<\/p>\n

N2<\/sub>(g) + 3 H2<\/sub>(g) \u21c6<\/span><\/span> 2 NH3<\/sub>(g)
Cl2<\/sub>(g) + H2<\/sub>(g)\u00a0 \u21c6<\/span><\/span> 2 HCl (g)<\/p>\n

Orgaaniliste \u00fchendite h\u00fcdrogeenimine.<\/p>\n

CH2<\/sub>=CH2<\/sub>\u00a0 + H2<\/sub> <\/b>\u2192 CH3<\/span><\/sub>-CH3<\/span><\/sub><\/p>\n

Keevitamisel (nn vesinik-hapnik keevitus) \u2013 rasksulavate metallide keevitamisel.<\/p>\n

K\u00fctusena k\u00fcttegaasides (nt veegaas \u2013 segu CO2<\/sub>-st ja H2<\/sub>-st).<\/p>\n

<\/p>

\n
\n

\n

Laboratoorselt<\/h3>\n

Laboris on vesinikku k\u00f5ige odavam saada metalli reaktsioonil happega<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

metall + hape <\/span><\/span><\/span><\/b>\u2192 sool + vesinik<\/b><\/span><\/span><\/span><\/span><\/span>
Zn(t) + 2 HCl(l) \u2192 ZnCl2<\/sub>(l) + H2<\/sub>(g)<\/span><\/span><\/p>\n

Kuna metallid tavaliselt sisaldavad lisandeid, sisaldab eralduv H2<\/sub> lisandina H2<\/sub>S, AsH3<\/sub>, SbH3<\/sub> jt terava l\u00f5hnaga m\u00fcrgised aineid.<\/span><\/span><\/p>\n

aktiivne metall + vesi <\/span><\/span><\/b>\u2192 alus + vesinik<\/b><\/span><\/span><\/span><\/span><\/span>
2 Na + 2 H2<\/sub>O <\/span>\u2192<\/span><\/span> 2 NaOH + H2<\/sub>\u2191
Ca + 2 H2<\/sub>O <\/span>\u2192<\/span><\/span> Ca(OH)2<\/sub> + H2<\/sub>\u2191 <\/span><\/p>\n

See meetod on ebapraktiline ja \u201cohtlik\u201d vesiniku saamiseks laboris \u2013 eriti ei kasutata. <\/span>Vaata metallide reageerimist veega ka metallide peat\u00fckist<\/a>.\u00a0<\/p>\n

\"popup\"\u00a0Loe lisaks:\u00a0Teisi laboratoorseid vesiniku saamise v\u00f5imalusi.<\/a><\/p>\n