Czy da się coś z tego pokazać w domu?

Prób z wodorem w domu nie robimy — ale sporo widać bez probówki. Kostka margaryny obok butelki oleju to gotowa lekcja utwardzania tłuszczów: podobny tłuszcz, tylko z przyłączonym wodorem. W internecie łatwo znaleźć oryginalny film z katastrofy Hindenburga z 1937 roku, a w kilku polskich miastach jeżdżą już autobusy wodorowe — warto wypatrzyć je na przystanku i zapytać dziecko, co wylatuje z ich rury wydechowej.

Dziecko myli próbę na wodór z próbą na tlen. Jest jakieś pytanie ratunkowe?

Tak: „kto tu się pali?”. Wodór płonie SAM — dlatego do probówki zbliża się PŁONĄCE łuczywko i słychać szczeknięcie. Tlen sam się nie pali, tylko podtrzymuje spalanie — dlatego wystarczy łuczywko ŻARZĄCE, które w tlenie rozbłyskuje płomieniem. Skrót do zapamiętania: płonące → szczeka → wodór; żarzące → rozbłyska → tlen.

Skoro Hindenburg spłonął, to czemu wodór ma być paliwem przyszłości?

Benzyna też jest wybuchowo palna, a wozimy ją w każdym aucie — sztuka polega na szczelnych zbiornikach i kontroli, nie na unikaniu palnych substancji. Różnica jest gdzie indziej: ze spalania benzyny powstaje dwutlenek węgla, a ze spalania wodoru wyłącznie woda. Palność to cecha wspólna wszystkich paliw, czysty produkt spalania — wyjątkowa zaleta wodoru.

Wodór — właściwości i zastosowania

około 10 minut

W tej lekcji1/10

Sterowiec Hindenburg — latający hotel dłuższy niż dwa boiska — spłonął w 1937 roku w pół minuty, bo wypełniał go najlżejszy gaz świata. Dziś ten sam gaz napędza autobusy, z których rury wydechowej kapie czysta woda. Poznaj wodór — pierwiastek numer jeden.

Najlżejszy gaz świata

Wodór $\mathrm{H_2}$ to bezbarwny gaz bez smaku i zapachu — i najlżejsza substancja, jaka istnieje: jest około 14 razy lżejszy od powietrza. Balon z wodorem ucieka w górę szybciej niż jakikolwiek inny, dlatego wypełniano nim sterowce, a do dziś napełnia się nim balony meteorologiczne. To też najprostszy i najpowszechniejszy pierwiastek we Wszechświecie.

0,09 g/dm³

0,18 g/dm³

1,29 g/dm³

1,43 g/dm³

1,98 g/dm³

Palny — i to wybuchowo

Wodór jest palny. Spala się w tlenie, a produktem jest wyłącznie woda:

Spalanie wodoru: dwa gazy wchodzą, wychodzi woda i energia

$2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$

Zmieszany z powietrzem lub tlenem tworzy mieszaninę wybuchową, zwaną mieszaniną piorunującą — wystarczy iskra, by cała naraz eksplodowała. Dlatego Hindenburg spłonął tak szybko i dlatego dzisiejsze sterowce wypełnia niepalny hel.

Skąd wziąć wodór

W pracowni najprościej: metal aktywny + kwas. Cynk wrzucony do kwasu solnego „burzy się” — pęcherzyki to właśnie wodór:

Dwie drogi do tego samego gazu

$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_2 + \mathrm{H_2}\uparrow$

Strzałka w górę oznacza gaz uchodzący z roztworu. Na dużą skalę wodór otrzymuje się m.in. przez elektrolizę wody: prąd elektryczny rozkłada $\mathrm{H_2O}$ na wodór i tlen.

Próba z płonącym łuczywkiem — czyli jak wodór szczeka

1
Otrzymaj wodór: wrzuć granulki cynku do kwasu solnego i patrz, jak roztwór zaczyna się burzyć.
$\mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_2 + \mathrm{H_2}\uparrow$
2
Zbierz gaz do probówki trzymanej do góry dnem — lekki wodór ucieka w górę i wypełnia ją od dna.
$\mathrm{H_2} \uparrow\ (\text{14 razy lżejszy od powietrza})$
3
Zbliż do wylotu probówki płonące łuczywko. Ciche, charakterystyczne szczeknięcie — to mała eksplozja mieszaniny wodoru z powietrzem. Wodór rozpoznany!
$2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$
Wskazówka
Szczeknięcie to podpis wodoru — żaden inny gaz się tak nie przedstawia.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Dlaczego probówkę, do której zbieramy wodór, trzyma się do góry dnem?

Pułapka! „Wodór i tlen palą się tak samo”

Źle: wodór i tlen to gazy palne, więc palą się tak samo.

Twoja kolej

Autobus na wodór rusza z przystanku. Co wydostaje się z jego rury wydechowej?

Do czego świat używa wodoru

Każde zastosowanie wynika wprost z innej właściwości:

właściwość	zastosowanie
produkt spalania to sama woda	paliwo przyszłości: auta, autobusy, rakiety
najlżejszy gaz	balony meteorologiczne
przyłącza się do płynnych tłuszczów	utwardzanie tłuszczów — z oleju powstaje margaryna
spala się w bardzo wysokiej temperaturze	palnik wodorowo-tlenowy do spawania i cięcia metali
łączy się z azotem	produkcja amoniaku, z którego robi się nawozy

Ściąga do zapamiętania

Wodór — jakie właściwości, jak go rozpoznać, do czego służy?

WŁAŚCIWOŚCI: bezbarwny gaz bez zapachu, NAJLŻEJSZY ze wszystkich (14 razy lżejszy od powietrza), palny — z tlenem lub powietrzem tworzy wybuchową mieszaninę piorunującą. SPALANIE: $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$ — produktem sama woda. OTRZYMYWANIE: metal aktywny + kwas ( $\mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl}_2 + \mathrm{H_2}$ ) albo elektroliza wody. ROZPOZNAWANIE: probówka do góry dnem + płonące łuczywko — charakterystyczne szczeknięcie. ZASTOSOWANIA: paliwo przyszłości, utwardzanie tłuszczów, palnik wodorowo-tlenowy do spawania i cięcia metali, produkcja amoniaku, balony meteorologiczne.

Dla rodzica

Jak pomóc dziecku w tym temacie?

Czy da się coś z tego pokazać w domu?: Prób z wodorem w domu nie robimy — ale sporo widać bez probówki. Kostka margaryny obok butelki oleju to gotowa lekcja utwardzania tłuszczów: podobny tłuszcz, tylko z przyłączonym wodorem. W internecie łatwo znaleźć oryginalny film z katastrofy Hindenburga z 1937 roku, a w kilku polskich miastach jeżdżą już autobusy wodorowe — warto wypatrzyć je na przystanku i zapytać dziecko, co wylatuje z ich rury wydechowej.
Dziecko myli próbę na wodór z próbą na tlen. Jest jakieś pytanie ratunkowe?: Tak: „kto tu się pali?”. Wodór płonie SAM — dlatego do probówki zbliża się PŁONĄCE łuczywko i słychać szczeknięcie. Tlen sam się nie pali, tylko podtrzymuje spalanie — dlatego wystarczy łuczywko ŻARZĄCE, które w tlenie rozbłyskuje płomieniem. Skrót do zapamiętania: płonące → szczeka → wodór; żarzące → rozbłyska → tlen.
Skoro Hindenburg spłonął, to czemu wodór ma być paliwem przyszłości?: Benzyna też jest wybuchowo palna, a wozimy ją w każdym aucie — sztuka polega na szczelnych zbiornikach i kontroli, nie na unikaniu palnych substancji. Różnica jest gdzie indziej: ze spalania benzyny powstaje dwutlenek węgla, a ze spalania wodoru wyłącznie woda. Palność to cecha wspólna wszystkich paliw, czysty produkt spalania — wyjątkowa zaleta wodoru.

Sprawdź się!

Które właściwości opisują wodór?

Jak sprawdzisz, że w probówce zebrał się wodór?

Co powstaje, gdy wodór spala się w tlenie?

Dlaczego dzisiejsze sterowce i balony pasażerskie wypełnia się helem, a nie wodorem?

Które zastosowanie wodoru wynika wprost z tego, że produktem jego spalania jest wyłącznie woda?

Następny temat

Zanieczyszczenia powietrza. Efekt cieplarniany