Tlen i wodór - historia odkrycia, zastosowanie i występowanie

WODÓR - symbol H (z łac. hydrogenium)

Historia odkrycia

W 1661 roku Robert Boyle, wielki chemik XVII stulecia, opublikował pracę, w której opisał ciekawe doświadczenie. Działając rozcieńczonym kwasem solnym na opiłki żelazne, zauważył "rozgrzanie się mieszaniny i wyrzucenie obfitych dymów, które były tak łatwo palne, że po zbliżeniu płomienia świecy zapalały się z wielką siłą". Bliżej zajął się wodorem w 1766r. angielski chemik H. Cavendish, który uważał, że jest to czysty flogiston - hipotetyczna substancja uważana w XVII i XVIII w. za przyczynę palności. Wg teorii "flogistonu" - opracowanej przez chemików niemieckich J. J. Bechera i J. E. Stahla - wszystkie ciała palne, a w szczególności metale, miały składać się z "ziemi" i "flogistonu", a proces spalania - polegać na wydzielaniu flogistonu i uwalnianiu się "ziemi”, czyli tlenku. Dopiero pod koniec XVIII w. A. Lavoisier wykazał, że w rzeczywistości spalanie nie polega na utracie żadnej substancji, lecz na przyłączaniu tlenu. Teoria flogistonu, choć absolutnie błędna, przyczyniła się do rozwoju chemii.)

W 1787r. A. Lavoisier uznał wodór za pierwiastek i nadał mu jego łacińską nazwę hudrogenium, która oznacza "tworzący wodę. W Polsce Jędrzej Śniadecki przetłumaczył hydrogenium pierwotnie na wodor, potem wodoród, a następnie chemicy nazywali ten gaz wód lub wod. Dopiero w 1900 roku Krakowska Akademia Umiejętności zatwierdziła dla tego pierwiastka nazwę wodór.

Występowanie

Wodór zajmuje 9 miejsce wśród pierwiastków pod względem rozpowszechnienia wagowego (0.88%), a pod względem liczby atomów - trzecie miejsce na Ziemi. Na naszej planecie wodór występuje prawie wyłącznie w związkach w postaci wody, węglowodorów (ropa naftowa, gaz ziemny), białek i węglowodanów (białka i cukry wchodzące w skład organizmów roślin i zwierząt). Wolny wodór występuje w niewielkich ilościach w gazie ziemnym, gazach wulkanicznych i górnych warstwach atmosfery.

Jest to główny pierwiastek wszechświata - z niego właśnie w wyniku przemian termojądrowych w gwiazdach powstają inne, cięższe pierwiastki.
We wszechświecie wodór jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków. Stanowi ok. 80% atmosfery słońca, a również w atmosferze gwiazd ma znaczną przewagę ilościową nad innymi pierwiastkami.

Zastosowanie

Wodór stosuje się jako surowiec do syntezy podstawowych produktów przemysłu chemicznego - amoniaku, chlorowodoru, metanolu i benzyny syntetycznej. Jest używany do prowadzenia procesów redukcji (np. tlenków metali) i uwodorniania (utwardzania) tłuszczów. Stosowany jest do uzyskiwania wysokich temperatur w palnikach tlenowodorowych. Wodór ma duże znaczenie jako materiał napędowy (w mieszaninie z tlenem) rakiet kosmicznych. Był stosowany do napełniania balonów i sterowców.

TLEN – symbol O (z łac. oxygenium)

Historia odkrycia

Odkryty w 1774 r. przez Josepha Priestley'a, który stwierdził, że zwiększona masa metali podczas ogrzewania (utleniania) nie pochodzi od tajemniczych cząstek wydobywających się z ognia, przenikających przez szkło i pochłanianych przez metal - jak dotychczas twierdzono - lecz od jednego ze składników powietrza, tlenu. Priestley badał jego właściwości, z czego wyciągnął takowe wnioski:
- gaz ten mógłby być wykorzystywany do podwyższania temperatury płomienia, przy leczeniu chorób płuc
- substancje niemetaliczne, takie jak węgiel, siarka, fosfor, łączą się z tym "powietrzem" (wtedy tak nazywano wszystkie gazy) tworząc kwasy.

Ten fakt skłonił go do nadania odkrytemu gazowi nazwy oxygenium (od greckiego: oksys - kwaśny i genos - ród). Nazwa ta zachowała się do dziś w języku angielskim. Dziś wiadomo, że istnieją kwasy nie zawierające tlenu (np. kwas solny HCl, kwas fluorowodorowy HF). Dzisiejsza polska nazwa "tlen" została wprowadzona przez Jędrzeja Śniadeckiego w 1800 roku i nawiązywała do wyrazu "tlić" i symbolicznego łuczywka, które rozżarzało się po wprowadzeniu do atmosfery tlenu. Tlen otrzymano przez termiczny rozkład tlenku rtęci (II) HgO [ 2 HgO 2 Hg + O2 ].

Występowanie

Tlen jest bardzo często występującym pierwiastkiem w przyrodzie. Występuje głównie w postaci wolnej jak i w postaci tlenków. Powietrze zawiera 21% tego pierwiastka. Zajmuje on pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej 1 miejsce (procenty wagowe). Tlen w stanie czystym występuje w postaci O2 oraz ozonu O3.

Ozon (O3) jest to nietrwałą odmiana alotropową tlenu, która rozkłada się samorzutnie w temperaturze pokojowej do O2 i tlenu atomowego. W porównaniu z tlenem jego rozpuszczalność w wodzie jest 13 razy większa. Ozon jest silnym utleniaczem i reagując ze srebrem lub rtęcią daje tlenki.

W stratosferze (ozonosfera - warstwa atmosfery ziemskiej o zwiększonej zawartości ozonu; rozciąga się na wys. 15–50 km, pochłania krótkofalowe, bardzo szkodliwe dla zdrowia ludzi i zwierząt promieniowanie słoneczne.) występują korzystne warunki do powstawania tego gazu i zaczyna się tam tworzyć cienka warstwa zwana "powłoką ozonową". Powłoka ta działa jak filtr na szkodliwe promieniowanie słoneczne (redukuje jego ilość)

Tlen wchodzi w skład wielu ważnych związków chemicznych: tlenków (w szczególności wody oraz dwutlenku węgla), nadtlenków (w szczególności nadtlenku wodoru), kwasów tlenowych, zasad i wielu związków organicznych.

Zastosowanie

Tlen znalazł szerokie zastosowanie w hutnictwie, w procesach wytopu stali. Pierwiastek ten stosuje się też w palnikach tlenowodorowych i tlenowo-acetylenowych. W medycynie stosowany jest w przypadku problemów z oddychaniem. Ozon znalazł zastosowanie jako środek dezynfekujący i silny środek utleniający.