Изворни код странице Водоник

{{Хемијски елемент
| група_низ = '''H''' - [[хелијум|He]]
| периода_низ =<br />'''H'''<br />[[литијум|Li]]<br />
| опис_слике =одаје љубичасти сјај у стању [[плазма (физика)|плазме]]
| периодни_систем = H-TableImage.png
| име = Водоник
| симбол = H
| атомски_број = 1
| скуп = [[диатомски неметал]]
| група = [[алкални метали|IA]]
| периода = [[1. периода хемијских елемената|1]]
| густина = 0,0899 [[килограм по кубном метру|kg/m³]]
| тврдоћа = bd
| боја = безбојан
| слика = Hydrogen_discharge_tube.jpg
| атомска_маса = 1,00794 [[јединица атомске масе|u]]
| атомски_радијус = 25 (53) [[пикометар|pm]]
| ковалентни_радијус = 37 -{pm}-
| ван_дер_Валсов_радијус = 120 -{pm}-
| електронска_конфигурација = 1s<sup>1</sup>
| енергетски_нивои = 1
| оксидациони_број = 1
| особине_оксида = амфотерни
| кристална_структура = хексагонална
| агрегатно_стање = гасовито
| температура_топљења = 14,025 -{[[Келвин|K]]}-<br />(-259,13&nbsp;°C)
| температура_кључања = 20,268 -{K}-<br />(-252,88&nbsp;°C)
| критична_температура = 33,25 -{K}- (-239,9&nbsp;°C)
| критичан_притисак = 1,3 М[[паскал (јединица)|Pa]] (13 [[атмосфера (јединица)|атмосфера]])
| молска_запремина = 11,42×10<sup>−3</sup> -{m}-³/[[мол (јединица)|mol]]
| топлота_испаравања = 0,44936 [[килоџул по молу|kJ/mol]]
| топлота_топљења = 0,05868 -{kJ/mol}-
| напон_паре = 209 -{[[Паскал (јединица)|Pa]]}- (23 -{K}-)
| брзина_звука = 1.270 -{m/s}- (298,15 -{K}-)
| електронегативност = 2,2 ([[Полингова скала|Паулинг]])
| специфична_топлота = 14.304 [[џул кроз килограм-келвин|J/(kg*K)]]
| специфична_проводљивост = 13,8×10<sup>6</sup> [[Сименс (јединица)|S]]/m
| топлотна_проводљивост = 0,1815 [[ват кроз метар-келвин|W/(m*K)]]
| I_енергија_јонизације = 1.312 -{kJ/mol}-
| изотопи1 = <!--{| {{table}} 
! [[изотоп]]
! заст.
! [[време полураспада|в. п. р.]]
! [[начин распада|н. р.]]
! [[енергија распада|e.r.]] [[Електронволт|MeV]]
! [[производ распада|п. р.]]
|- 
| <sup>1</sup>H
| '''99,985%'''
| colspan="4" |стабилни изотоп са 0 [[неутрон]]а 
|- 
| <sup>2</sup>H
| 0,015%
| стабилни изотоп са 1 [[неутрон]]а
|- 
| <sup>3</sup>H
| [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
| 12,33 [[година]]
| [[бета-распад|β]]<sup>-</sup>
| 0,019
| <sup>3</sup>[[хелијум|He]]
|- 
| <sup>4</sup>H
| [[вештачки радиоактивни изотопи|(веш.)]]
| непознат
| [[емисија неутрона|n]]
| 2,910
| <sup>3</sup>H -->
}}

'''Водоник''' ('''-{H}-''', {{Јез-лат|hydrogenium}} — стваралац воде) први је и најлакши [[хемијски елемент]].<ref name="Housecroft3rd">{{Housecroft3rd}}</ref><ref name="британика 2">{{cite book |editor1-last=Мишић |editor1-first=Милан |title=Енциклопедија Британика. В-Ђ |date=2005 |publisher=Народна књига : Политика |location=Београд |isbn=86-331-2112-3 |pages=70}}</ref> При [[Стандардни услови за температуру и притисак|стандардним условима притиска и температуре]], водоник је двоатомни [[гас]] без боје, мириса и укуса. Није отрован, и знатно је лакши од ваздуха. На собној температури није посебно [[Хемијска реакција|реактиван]], док при вишим температурама улази у низ реакција. Узрок томе ја јака једнострука [[ковалентна веза]].

Водоник нема одређен положај у периодном систему и углавном се проучава засебно. Може се сматрати равноправним чланом 1. или 17. групе. Разлог томе је да поседује један протон и један валентни [[електрон]] као и [[алкални метали]], али од њих се разликује много већом [[Енергија јонизације|енергијом јонизације]]. За стабилну [[Електронска конфигурација|електронску конфигурацију]] недостаје му један [[електрон]], што наводи да би се водоник могао сматрати [[Халогени елементи|халогеним елементом]], али од њих има мању [[електронегативност]] и афинитет према електрону.

Овај елемент сачињава 75% видљиве масе [[свемир]]а, те је исходишна материја из које су [[Нуклеарна фузија|нуклеарном фузијом]] настали остали елементи. [[Звезда|Звезде]] у [[Главни низ|главном низу]] се углавном састоје од водоника, у облику [[Плазма (физика)|плазме]]. Елементарни водоник на [[Земља|Земљи]] је присутан у врло малим количинама.<ref>Palmer D. "Hydrogen in the Universe" [http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/971113i.html] publisher=[[NASA]], 1997.</ref>

Елементарни водоник састоји се од обичног водоника ([[протијум]], -{<sup>1</sup>H}-) (>99,98%), док остатак (готово 0,02%) чини тешки водоник ([[деутеријум]], -{<sup>2</sup>H}-, '''-{D}-''') с траговима супертешког водика ([[трицијум]]а, -{<sup>3</sup>H}-, '''-{T}-''').<ref>{{cite web|last=Palmer|first=D. |title= Hydrogen in the Universe |url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/971113i.html |publisher=[[NASA]] |date=13. 9. 1997 |accessdate=5. 9. 2008
}}</ref> Пошто је један од стабилних изотопа два пута тежи од другог, они се међусобно доста разликују по хемијским својствима.<ref name="ParkesNeorganskaHemija">{{ParkesNeorganskaHemija}}</ref> Водоник ствара хемијске везе са највећим бројем елемената, посебно у [[Органска хемија|органским једињењима]]. [[Стандардни притисак и температура|При стандардном притиску и температури]], водоник је гас без боје, мириса и укуса, 14,4 пута је лакши од [[ваздух]]а. Неотрован је. Слабо је [[Растворљивост|растворљив]] у поларним, а боље у неполарним растварачима.

Индустријски се највише добија из [[Природни гас|земног гаса]], а ређе [[Електролиза|електролизом]] [[вода|воде]]. Највише се користи у производњи [[Фосилна горива|фосилних горива]] (хидрокраковање – повећање квалитета горива) и за добивање [[амонијак]]а, у производњи вештачких ђубрива. У [[Металургија|металургији]] није пожељан, јер многе [[метал]]е чини ломљивим и кртим, па ствара потешкоће у изградњи [[цевовод]]а и металних спремника.<ref>"Hydrogen Basics — Production" [http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/production.htm] publisher=Florida Solar Energy Center, 2007.</ref><ref>Rogers H.C.: "Hydrogen Embrittlement of Metals", journal=Science, 1999.</ref>

== Историја ==
Водоник ({{јез-лат|Hydrogenium}}) је дефинисао [[Уједињено Краљевство|Британац]] [[Хенри Кавендиш]] [[1766]]. Он није први изоловао овај елемент, већ је то урадио [[Парацелзус]] у [[16. век]]у реакцијом метала и јаке киселине<ref>[[Општа и национална енциклопедија]] у 20 свесака, св. 20. {{page|year=|isbn=978-953-7224-20-2|pages=281}}</ref>, и назвао га „запаљивим ваздухом“. Кавендиш је формирао водоник реакцијом [[цинк]]а и [[Хлороводонична киселина|хлороводоничне киселине]]. Дефинисао је о ком гасу је реч и доказао да реакцијом водоника и кисеоника настаје [[вода]]. Због тог својства [[Антоан Лавоазје]] га [[1783]]. назива -{''hydrogène''}-, од [[Старогрчки језик|грчког]] "онај који ствара воду" (грч. ὕδωρ = вода, γενής = стваратељ).

Течни водоник је први формирао Џејмс Девар 1898, а годину дана касније је произвео и чврсти водоник. [[Деутеријум]] је добио 1931. [[Харолд Клејтон Јури]], а следеће године је формирана [[тешка вода]]. 1934. [[Ернест Радерфорд]] и његов тим су произвели [[трицијум]].<ref>{{harvnb|Emsley|2001|pp=}}</ref>

Жак Шарлс је изумео први балон на топли ваздух 1783. године. [[Фердинанд фон Цепелин]] је направио летилицу на водоник, која је имала први лет 1900, и касније је названа [[цепелин]].

[[Никал]] – водоникове [[Батерија|батерије]] су први пут кориштене 1977, а касније их је користила [[Међународна свемирска станица]], [[Свемирска летелица|свемирске летелице]] [[Одисеја на Марсу 2001.]] и [[Марсов глобални геометар]], те [[Teleskop Habl|свемирски телескоп Хабл]], коме је прво паковање батерија трајало 19 година.<ref>[https://web.archive.org/web/20090810200734/http://www.aiaa.org/content.cfm?pageid=406&gTable=japaperimportPre97&gID=57704] "NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31", publisher=Aiaa.org, 2009.</ref>
[[Датотека:Nursery of New Stars - GPN-2000-000972.jpg|десно|мини|300п|-{[[NGC 604]]}- галаксија, огромно подручје јонизованог водоника у [[Троугао (сазвежђе)|сазвежђе Троугао]].]]

=== Улога у квантној теорији ===
Због своје једноставне [[атом]]ске структуре, која се састоји од једног [[протон]]а и [[електрон]]а, атом водоника са својим [[Водоникове спектралне линије|спектралним линијама]] светлости (емисија и апсорпција – [[Балмерова серија]], [[Лајманова серија]] итд.), имао је средишњу улогу у развоју [[Боров модел атома|теорије атомске структуре]]. Осим тога, атом водоника и одговарајући катјони -{H<sub>2</sub><sup>+</sup>}- су имали важну улогу у разумевању природе [[Хемијска веза|хемијских веза]], теорија којих се развила 1920-их.<ref>Crepeau Bob: "Niels Bohr: The Atomic Model", journal=Great Scientific Minds, publisher=Great Neck Publishing, 2006.</ref>

Пре развоја [[квантна механика|квантне механике]], [[James Clerk Maxwell|Максвел]] је уочио да [[Specifični toplotni kapacitet|специфични топлотни капацитет]] молекула -{H<sub>2</sub>}- има необјашњиво одступање на ниским температурама, где се -{H<sub>2</sub>}- почиње више понашати као једноатомни гас. Према квантној теорији, та појава се дешава због простора енергетских нивоа, који су нашироко распоређени код -{H<sub>2</sub>}- због мале масе. Тај велики простор енергетских нивоа онемогућује равномерну расподелу топлотне енергије код водоника на ниским температурама.<ref>Berman R., Cooke, A. H.; Hill, R. W.: "Cryogenics", journal=Annual Review of Physical Chemistry, 1956.</ref>

== Својства ==
При [[Стандардни услови за температуру и притисак|стандардним условима притиска и температуре]], водоник је [[гас]] без боје, мириса и укуса, који је 14.4 пута лакши од ваздуха. Није отрован. Слабо је растворан у поларним, а боље у неполарним растварачима.

Охлађен на температуру кључања, кондензује се у безбојну [[течност]] која је најлакша од свих течности. Даљим одвођењем топлоте долази до очвршћавања у прозирну [[чврсто агрегатно стање|чврсту материју]] хексагоналне кристалне структуре.

Запаљив је са границом експлозивности у ваздуху од 4-94%. Минимална енергија иницијације паљења 0,02 -{MJ}-. Температура пламена при стехиометријском сагоревању је 1930&nbsp;°C. Запаљен на ваздуху при 560&nbsp;°C, изгара готово невидљивим пламеном формирајући воду:

: <chem>2 H2(g) + O2(g) -> 2 H2O(l) </chem> <chem>{\displaystyle \Delta {}_{\mathrm {r} }H} = 286 kJ mol^-^1</chem>

На собној температури није посебно реактиван, док при вишим температурама улази у низ реакција. Раствара се у многим металима, као што је [[платина]].

При собној температури без [[катализатор]]а, реагује само с [[флуор]]ом и [[ванадијум]]ом у праху. Узрок слабој реактивности молекуларног водоника при собној температури је јачина једноструке [[ковалентна веза|ковалентне везе]] молекула. Та веза је најјача од свих једноструких ковалентних веза између два истоимена атома. При повишеној температури спаја се и с кисеоником из многих [[оксид]]а, те тако делује као редукционо средство.

[[Датотека:Fusion in the Sun.svg|мини|desno|250п|[[Низ протон-протон]] превладава код звијезда величине нашег Сунца или мањих]]

=== Линијски спектар водоника ===
{{главни чланак|Балмерова серија}}
Линијски [[спектар зрачења|спектар]] водоника је приказан на траци црне позадине са уским линијама различитих боја: две љубичасте, једна плава и једна црвена. Емисионе линије спектра водоника припадају видљивом спектру светлости. То су четири видљиве линије Балмерове серије.

{{главни чланак|Боров модел атома}}
Због релативно једноставне атомске структуре, тј. због тога што се атом водоника састоји само од протона и електрона, уз спектар светлости који производи или га апсорбује, водоник је био централна фигура за развој теорије структуре атома. Штавише, одговарајућа једноставност молекула водоника и одговарајућих катјона H<sub>2</sub>+, водила је до потпунијег разумевања природе хемијских веза, која је уследила убрзо након појаве квантно-механичког третмана атома водоника средином 1920-их.

[[Датотека:Emission spectrum-H.png|мини|лево|400п|Линијски спектар водоника.]]
Међу првим примећеним квантним ефектима код водоника је управо његов линијски спектар, пола века пре увођења теорије [[Квантна механика|квантне механичке]]. [[Андерс Јонас Ангстрем|А. Ангстрем]] је 1853. направио експеримент у којем је гас водоника у стакленом суду (при ниском притиску) побуђивао [[Електрична струја|електричном струјом]] (довођењем напона на крајеве суда). Овај гас је емитовао зрачење из којег је издвојени узак сноп доведен на [[Призма (оптика)|призму]] давао правилно раздвојена четири снопа светлости различитих боја.
[[Датотека:Emissions Spectra.webm|мини|Испитивање спектра водоника]]
Други примећен ефекат (није био објашњен у то време) је произашао из [[Џејмс Клерк Максвел|Максвеловог]] посматрања водоника. Максвел је приметио да специфична топлота H<sub>2</sub> испод собне температуре, необјашњиво одступа од оне код других диатомних гасова и почиње да личи на ону код једноатомских гасова на Криогеним температурама. Овај ефекат је касније објашњен уз помоћ квантне теорије, односно утицајем квантоване енергије нивоа на расподелу топлотне енергије у ротационо кретање код водоника на ниским температурама. Диатомни гасови који се састоје од тежих атома немају широко распоређене нивое и не показују исти ефекат као водоник.

== Заступљеност ==

Водоник чини 75% масе [[свемир]]а, те је исходишна материја из које су [[нуклеарна фузија|нуклеарном фузијом]] настали остали елементи. По броју атома, водоника има 90% у свемиру. Има га у огромним количинама у [[звезда]]ма и [[Гасни див|гасним дивовима]]. Молекуларни облаци са -{H<sub>2</sub>}- су повезани са рођењем звезда. Водоник има одлучујућу улогу у стварању снаге и топлотне енергије у [[нуклеарна фузија|нуклеарној фузији]], која се одвија у језграма звезда, кроз [[Низ протон-протон|низ протон – протон]] и [[Низ угљеник-азот-кисеоник|низ угљеник – азот – кисеоник]] процесе.<ref>Steve Gagnon: [http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html] "Hydrogen", publisher=Jefferson Lab, 2008.</ref><ref>Haubold Hans, Mathai, A. M., 2007. [https://web.archive.org/web/20060310214343/http://www.columbia.edu/~ah297/unesa/sun/sun-chapter4.html] "Solar Thermonuclear Energy Generation", publisher=Columbia University, 2008.</ref>

У свемиру водоник се углавном налази у атомском стању или као [[Плазма (физика)|плазма]], чија су својства сасвим друкчија од молекуларног водоника -{H<sub>2</sub>}-. Као плазма, водоникови електрони и протони нису повезани заједно, и производе веома јаку електричну проводност и велику емисију [[топлота|топлоте]] (ствара се [[електромагнетско зрачење]], укључујући светлост са [[Сунце|Сунца]] и осталих звезда). На наелектрисане честице водоника снажно утичу [[Магнетно поље|магнетна]] и [[Електрично поље|електрична поља]]. На пример, [[Сунчев ветар]] делује на Земљину [[магнетосфера|магнетосферу]], стварајући [[поларна светлост|поларну светлост]] и Биркеландову струју.<ref>Storrie-Lombardi Lisa J.: "Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas", journal=Astrophysical Journal, 2000.</ref>

Елементарни водоник на Земљи је широко распрострањен, мада у малим количинама. Присутан је у [[Zemljina atmosfera|атмосфери]], [[Земни гас|земном гасу]], вулканским гасовима, итд. Због тога што га гравитација тешко може задржати, водоник у горњим деловима атмосфере излази у свемир. Иако је водоник најзаступљенији елемент у [[свемир|васиони]], на [[Земља|Земљи]] се јавља у малим количинама (0,9% у горњим слојевима), углавном у облику [[хемијско једињење|хемијских једињења]] ([[вода]]). У облику једињења, има га у огромним количинама, понајвише у облику [[вода|воде]], која прекрива готово две трећине Земљине површине. Саставни је део многих [[Органско једињење|органских једињења]], [[киселина]] и [[растварач]]а. Неке [[алга|алге]] и [[бактерије]] стварају гасовити водоник.<ref>Wolfgang H. Berger, 2007. [http://earthguide.ucsd.edu/virtualmuseum/climatechange2/11_3.shtml] "The Future of Methane", publisher=University of California, San Diego, 2008.</ref> Он је он биогени елемент. По броју атома, трећи је, одмах након кисеоника и силицијума, а по масеном уделу је на десетом месту.

У слободном облику јавља се у виду двоатомних [[молекул]]а H<sub>2</sub>. [[Јон|Катјон]] водоника H<sup>+</sup> (у воденим растворима је хидратисан: оксонијум јон [[хидрогенијум јон|-{H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>}-]], Цунделов (Zundel) катјон, -{H<sub>5</sub>O<sub>2</sub><sup>+</sup>}-, Ајгенов (Eigen) катјон, -{H<sub>9</sub>O<sub>4</sub><sup>+</sup>}-) настаје услед [[Електролитичка дисоцијација|дисоцијације]] киселина. Концентрација водоникових јона изражава се помоћу [[pH вредност]]и.

== Добијање ==
=== Лабораторијско добијање ===
Најчешће се добија онако како га је први пут добио Кавендиш, тј. реакцијом цинка и хлороводичне киселине, уместо које се често користи и разређена [[сумпорна киселина]]:

: -{Zn<sub>(s)</sub> + 2 H<sup>+</sup> → Zn<sup>2+</sup> + H<sub>2(g)</sub>}-

За развијање гасова у лабораторији најпогоднији је [[Кипов апарат]], јер се реакција у њему може прекинути и на тај начин производе само потребне количине гаса.

Може се добити и реакцијом воде с чврстим [[хидрид]]има, као што је [[калцијум хидрид]]:

: -{2 H<sub>2</sub>O + CaH<sub>2(s)</sub> → 2 H<sub>2(g)</sub> + Ca<sup>2+</sup> + 2 OH<sup>-</sup>}-,
те реакцијом метала негативног редукцијског потенцијала с [[База (хемија)|базама]], ако ти метали стварају хидроксо-комплексе:

: -{2 Al<sub>(s)</sub> + 6 H<sub>2</sub>O + 2 OH<sup>-</sup> → 2 Al(OH)<sub>4</sub><sup>-</sup> + 3 H<sub>2(g)</sub>}-

=== Индустријско добијање ===
Зависно од цене електричне енергије и енергената, водоник се добија на неколико начина.

У земљама с јефтином електричном енергијом, добија се електролизом воде, залужене алкалијским хидроксидом због повећања проводности:
* [[катода]] (-): -{4 H<sub>2</sub>0 + 4e<sup>-</sup> → 2 H<sub>2(g)</sub> + 4 OH<sup>-</sup>}-
* [[анода]] (+): -{4 OH<sup>-</sup> → O<sub>2(g)</sub> 2 H<sub>2</sub>O + 4e<sup>-</sup>}-
::: -{2 H<sub>2</sub>O → 2 H<sub>2(g)</sub> + O<sub>2(g)</sub>}-

Водоник се добија и као нуспродукт при производњи [[хлор]]а методом [[хлоралкална електролиза|хлоралкалне електролизе]].

Једна од најраширенијих и најјефтинијих метода је пиролиза угљоводоника, као што је [[етан]]а:

: -{C<sub>2</sub>H<sub>2(g)</sub> → C<sub>2</sub>H<sub>4(g)</sub> + H<sub>2(g)</sub>}-

Када је лако доступан [[метан]], користи се његова реакција с воденом паром на 1100&nbsp;°C:

: -{CH<sub>4(g)</sub> + H<sub>2</sub>O ⇄ CO<sub>(g)</sub> + 3 H<sub>2(g)</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{r}}H</math> = 214.4 kJ mol<sup>-1</sup>}-

Када је лако доступан и јефтин угљен, користи се редукција водене паре:

: -{C<sub>(s)</sub> + H<sub>2</sub>O ⇄ CO<sub>(g)</sub> + H<sub>(g)</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{r}}H</math> = 131.25 kJ mol<sup>-1</sup>}-

[[Датотека:Algae hydrogen production.jpg|мини|desno|300п|[[Биореактор]] са алгама за производњу водоника]]
Добијена смеша се зове [[водени гас]].

[[Угљен-диоксид|Угљен(-{II}-) оксид]] од водоника се одваја реакцијом с додатном воденом паром, при чему настаје додатна количина водоника:

: -{CO<sub>(g)</sub> + H<sub>2</sub>O<sub>(g)</sub> → H<sub>2(g)</sub> + CO<sub>2(g)</sub>}-

Настали [[Угљен-диоксид|угљен(-{IV}-) оксид]] уклања се из смеше апсорпцијом у лужини или испирањем водом под притиском. Лако се уклања и хлађењем течним ваздухом. Трагови неизреагованог [[угљен-моноксид|угљеник(-{II}-) оксида]] уклањају се превођењем гаса преко загрејаног [[натријум хидроксид]]а при чему настаје [[Формат (со)|натријум метаноат]].

=== Термохемијски процеси ===
Постоји више од 200 термохемијских процеса, који се могу искористити за раздвајање воде. Око 10-так процеса се истражује и испитује за добивање водоника и [[кисеоник]]а из [[вода|воде]], те грејањем без употребе [[електрична струја|електричне струје]], а ти су процеси на пример: циклус [[гвожђе]] оксида, циклус [[церијум]] (-{IV}-) оксид - церијум (-{III}-) оксид, циклус [[цинк]] – цинк оксид, циклус [[сумпор]] – [[јод]], циклус [[Бакар (елемент)|бакар]] – [[хлор]] и циклус хибридни сумпор. Велики број лабораторија у Француској, Немачкој, Грчкој, Јапану и САД развијају термохемијске процесе уз кориштење Сунчеве енергије и воде.<ref>[https://web.archive.org/web/20070417134156/http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review05/pd28_weimer.pdf] "Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water"</ref><ref>[https://web.archive.org/web/20100527212241/http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress07/ii_f_1_perret.pdf] "Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water", DOE Hydrogen Program, 2007, Perret Robert, 2008.</ref>

=== Анаеробна корозија ===
[[Датотека:Ferrous hydroxide.JPG|мини|desno|250п|У спремнику је тамнозелени гвожђе(-{II}-) хидроксид или зелена корозија]]
Без присуства кисеоника, [[гвожђе]] и легирани [[челик]] се полако [[Оксидација|оксидују]] уз помоћ [[протон]]а из воде, који се претварају у гасовити водоник -{H<sub>2</sub>}-. Анаеробна корозија ствара прво жељезни хидроксид (зелена корозија) и та се хемијска реакција може описати као:
: -{Fe + 2 H<sub>2</sub>O → Fe(OH)<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>}-
У другом кораку, без присуства кисеоника, гвожђе хидроксид се може оксидовати уз помоћ протона из воде и створа се [[магнетит]] и гасовити водоник. Тај се процес назива Шикоровом реакцијом:
: -{3 Fe(OH)<sub>2</sub> → Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O + H<sub>2</sub>}-
Добро кристализирани магнетит (-{Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>}-) је термодинамички пуно стабилнији од гвожђе хидроксида. Тај се процес обично дешава за вриеме анаеробне корозије гвожђа и челика, у [[Подземне воде|подземним водама]] које немају кисеоника, и у редукованим [[тло|тлу]] у којем има доста влаге.

=== Геолошко стварање – серпентација ===
Без присуства кисеоника, у дубоким геолошким слојевима, који су далеко од Земљине атмосфере, гасовити водоник се ствара током процеса '''серпентације''', што је анаеробна оксидација протона воде (-{H}-<sup>+</sup>) и гвожђе (-{Fe<sup>2+</sup>}-) [[Силикати|силиката]], који је присутан у кристалима фајалита (-{Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>}- – крајњи члан [[оливин]]а). Та реакција доводи до стварања [[магнетит]]а (-{Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>}-), [[кварц]]а (-{SiO<sub>2</sub>}-) и водоника (-{H}-<sub>2</sub>), на следећи начин:
: -{3 Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → 2 Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 3 SiO<sub>2</sub> + 3 H<sub>2</sub>}-

== Једињења ==
[[Датотека:3D model hydrogen bonds in water.svg|250п|desno|мини|Модел водоникових веза (1) код молекула [[вода|воде]].]]
Једињења водоника могу се поделити на једињења у којима је присутан у негативном (-1) и позитивном ступњу оксидације (+1). Прва се називају [[хидриди]]ма, и представљају мањину водоникових једињења, док су друга пуно заступљенија и важнија. Водоник је саставни је део живог света, у којем игра једну од кључних улога.

=== Ковалентна и органска једињења ===
На собној температури није реактиван, док при вишим температурама улази у низ реакција. Познати су милиони [[угљоводоник]]а, који су подручје проучавања органске хемије. Водоник ствара једињења и са елементима који имају већу електронегативност, као што су [[халогени елементи]] (-{F, Cl, Br, I}-). Када се спаја са [[флуор]]ом, [[кисеоник]]ом или [[азот]]ом, водоник се може везати јаком нековалентном везом, која се зове [[водонична веза]], и која је критична у стабилности многих биолошких молекула. Водоник се везује и за мање електронегативне елементе, као што су [[метал]]и и [[Металоид|полуметали]].

=== Хидриди ===
[[Хидриди]] су једињења разних хемијских елемената с водоником. -{s}--блок чине елементи прве и друге групе периодног система елемената. -{p}--блок чине елементи 13—17. групе периодног система елемената. То су најважнији хидриди, и често се користе у пракси. Деле се на киселе, базне, амфотерне и неутралне. Кисели хидриди су они хидриди који у реакцији с водом дају киселине. Базни хидриди у реакцији с водом дају базе. Амфотерни хидриди се зависно од реакције могу понашати и као киселине и као базе. Неутрални хидриди не реагирају с водом.

== Изотопи ==
[[Датотека:Tritium-watch.jpg|мини|200п|desno|Сат са луминисцентном бојом од трицијума]]
Елементарни водоник састоји се од [[Протијум|обичног водоника (Протијума)]] (>99,98%), док остатак (готово 0,02%) чини [[деутеријум|тешки водоник (деутеријум)]] с траговима [[трицијум|супертешког водоника (трицијума)]].
* -{1H}- или [[протијум]] је далеко најзаступљенији изотоп водоника, којег има више од 99,98%. Има један [[протон]] и један [[електрон]]. За разлику од свих осталих изотопа, он нема [[неутрон]].
* -{2H}- или [[деутеријум]], има један протон и један неутрон у нуклеусу, те један електрон. Сматра се да сав деутеријум у свемиру потиче још од времена [[Велики прасак|Великог праска]]. Деутеријум није радиоактиван, и не преставља значајну опасност за здравље. Он се користи и код нуклеарне магнетно резонантне [[спектроскопија|спектроскопије]], за означавање нерадиоактивних материја у растварачу. Вода која садржи атоме деутеријума се назива [[тешка вода|тешком водом]]. Тешка вода се користи у [[Нуклеарни реактор|нуклеарним реакторима]] за смањивање брзине брзих неутрона, као и за хлађење нуклеарних реактора. Деутеријум преставља могуће гориво за добивање [[Енергија нуклеарне фузије|електричне енергије из нуклеарне фузије]].
* -{3H}- или [[трицијум]], има један протон и два неутрона у нуклеусу, те један електрон. Трицијум је радиоактиван, распада се у [[хелијум]]-3 изотоп, уз појаву [[бета-честица]] и има [[време полураспада]] од 12,32 године. Толико је радиоактиван да се користи за [[Луминисценција|луминисцентне]] боје, које се користе и код сатова, код којих се може видети вријеме и у мраку. Стакло спречава да мала количина радиоактивности изађе. У природи се трицијум може наћи у врло малим количинама у [[Земљина атмосфера|атмосфери]], а настаје услијед деловања [[Космичко зрачење|космичких зрака]]. Трицијум може настати код тестирања [[Нуклеарно оружје|нуклеарног оружја]]. Трицијум преставља могуће гориво за добивање електричне енергије из нуклеарне фузије. Он се користи у хемијским и биолошким експериментима као радиоактивни означивач.

== Молекуларни изомери ==
Приликом испитивања вибрацијско-ротацијског спектра водоника пронађене су промене у интензитету ротацијских трака, које су протумачене хипотезом о постојању два облика водоника који се разликују по нуклеарним спиновима у молекулу водоника. Ако су спинови два протона из молекула антипаралелни, резултантни спин је нула, те је стање недегенерисано. Такав водоник зове се пара-водоник. Ако су паралелни, резултантни спин је 1, а стање је троструко дегенерисано, што доводи до орто-водоника.

При собној температури, елементарни се водоник састоји од 75% орто-водоника и 25% пара-водоника. Орто- и пара-водоник разликују се по неким физичким својствима, као што су енергија дисоцијације, топлотни капацитет, притисак паре и слично.

Између њих постоји равнотежа:
: -{''o''-H<sub>2</sub> ⇄ ''p''-H<sub>2</sub> <math>\Delta{}_{\mathrm{}}H</math> < 0}-,
која се хлађењем помиче удесно.

На ниским температурама могуће је изоловати готово чисти пара-водоник, док чисти орто-водоник није могуће изоловати, јер повећањем температуре не долази до повећања његовог удела изнад 75%.

Однос између орто- и пара-водоника је врло битан код спремања течног водоника у спремник, јер претварање орто-водоника у пара-водоник ствара додатно топлоте, која може довести до испаравања, а тиме и губитка течног водоника. Због тога треба користити [[катализатор]]е, као што је [[гвожђе(III) оксид|гвожђе(-{III}-) оксид]], активни [[угљеник]], платинизирани [[азбест]], [[ретки земни метали|метали ретких земаља]], [[Уранијум|уранова]] једињења, [[хром]]ов оксид и неки једињења [[никал|никла]].

Молекуларни облик јона триатомног водоника или -{H}-<sup>3+</sup>, је пронађен у међузвезданој материји, који је настао јонизацијом водоника са [[космички зраци|космичким зрацима]]. Тај облик молекула је такође пронађен у горњој атмосфери [[Јупитер]]а. То је прилично стабилно у тим околинама, због малих температура и густине. То је један од најраширенијих [[јон]]а у свемиру.

== Примена ==
Водоник је врло важна индустријска сировина. Користи се, између осталог у:
{{columns-list|2|
* синтези [[амонијак]]а и [[метанол]]а, 
* производњи горива за моторна возила хидрогенацијом угљеника, [[Нафта|нафте]] и [[катран]]а
* заваривању и топљењу [[метал]]а
* пуњењу ваздушних балона и бродова
* редукцији металних [[оксид]]а у метале
* хидрогенацији уља у масти
* процесима сагоревања (индустрије стакла, обрада драгог камења, сечења и заваривања метала) 
* хемијској индустрији за производњу синтезних смеса, редукцији, хидрогенизацији и десулфуризацији 
* производњи електричне енергије
* инструменталној аналитици
* метеорологији, у производњи ел. енергије итд. 
* електроници 
* производњи полупроводника 
* стварању редукционих атмосфера у металургији, рафинацији метала, у термичкој обради метала 
}}

Ради се на кориштењу водоника као горива. Технологија је врло слабо распрострањена.
{{columns-list|2|
Предности водоника као горива су:
*висока енергетска вредност
*неограничене количине доступне у једињењима
*изгарањем настаје хемијски чиста воду
*цевоводима се може разводити
*лакше се складишти и чува него електрична енергија

Недостаци који спречавају раширенију употребу су:
*висока цена и често слаба исплативост издвајања водоника из једињења
*обилно цурење водоника кроз спремнике и цевоводе, због екстремно малих молекула
*водоник дифузијом продире у разне метале и нарушава њихову кристалну решетку чинећи их кртима
*опасност за [[озон]]ски слој јер редукује озон у воду
}}
У хемијском смислу, водоник није извор, већ спремник енергије, јер није природно набављив у елементарном облику. У случају успешне и одрживе нуклеарне фузије у [[нуклеарна електрана|нуклеарној електрани]], био би извор огромних количина енергије.

Велике количине -{H<sub>2</sub>}- се користе у нафтној и хемијској индустрији. Највећа примена је код побољшања [[Фосилна горива|фосилних горива]] и у производњи [[амонијак]]а. У петрохемији -{H<sub>2</sub>}- се користи у процесима као што су: хидрокрековање, каталитичко реформирање бензина, изомеризација и алкилација. -{H<sub>2</sub>}- се исто користи у повећању засићења незасићених масти и уља (користи се за добивање [[маргарин]]а). Такође је сировина за добивање [[Хлороводонична киселина|хлороводоничне киселине]], а користи се и као редукциони агенс за [[минералне сировине]] или руде.<ref>Chemistry Operations: 2003. [https://web.archive.org/web/20100111074702/http://periodic.lanl.gov/elements/1.html] "Hydrogen|publisher=Los Alamos National Laboratory" 2008.</ref>

Водоник је изузетно растворан у многим ретким и [[Прелазни метали|прелазним металима]], а растворан је и у нанокристалима и аморфним металима. [[Растворљивост]] у металима утиче на локалне деформације или нечистоће у [[Кристална решетка|кристалним решеткама]], тако да метали постају кртији и ломљивији, што ствара велике проблеме у [[металургија|металургији]], у изради цевовода и металних резервоара. Понекад се то може решити, ако водоник се прочисти проласком кроз дискове [[паладијум]]а.<ref>Takeshita Wallace: "Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt", journal=Inorganic Chemistry, 1974.</ref>

Гасовити водоник -{H<sub>2</sub>}- се користи за хлађење ротора [[Електрични генератор|електричних генератора]] у [[Електране|електранама]], зато што има највећу топлотну проводљивост од свих гасова. Течни -{H<sub>2</sub>}- се користи у испитивању [[суперпроводност]]и код врло ниских температура. Будући да је гасовити водоник -{H<sub>2</sub>}- скоро 15 пута лакши од ваздуха, некад се користио за [[Балон на врући ваздух|балоне на врући ваздух]].
 
У новије време, гасовити водоник -{H<sub>2</sub>}- се меша са [[азот]]ом, за добивање ''формирајућег гаса'' (око 5% водоника у азоту), који се користи код поступка лоцирања или утврђивања пропуштања код разних цевовода у аутомобилској, хемијској индустрији, електранама, ваздухопловству и телекомуникацијама. Водоник се користи као додатак [[храна|храни]] (Е 949) за проверу конзервиране хране.<ref>{{cite journal|last=Block|first=Matthias|title = Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection |publisher=Sensistor Technologies |year=2004|url = http://www.ndt.net/abstract/wcndt2004/523.htm }}</ref>

=== Носилац енергије ===
[[Датотека:Brno, Autotec, Mercedes Citaro na palivové články II.jpg|мини|desno|250п|Мерцедес-Бенз О530 Цитаро аутобус који се покреће водоничном [[Gorivne ćelije|горивном ћелијом]], у [[Брно|Брну]], [[Чешка]].]]

Водоник није извор енергије, осим у могућим електранама на [[нуклеарна фузија|нуклеарну фузију]], које би користиле [[деутеријум]] и [[трицијум]], што је још далеко од комерцијалне употребе. Водонику који се добије из сунчевих, биолошких или електричних извора, потребно је више енергије него што од њега може добити изгарањем, зато он више има улогу као [[батерија]], за складиштење енергије. Водоник се може добити из [[метан]]а, али ти се извори називају неодрживим изворима енергије.<ref>{{Cite web|url=http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/hydrogen.html |last=McCarthy|first=John|title=Hydrogen|publisher=Stanford University|year=1995 |accessdate=15. 2. 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080314043136/http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/hydrogen.html |archive-date=14. 3. 2008 |url-status=dead }}</ref>

'''Густина енергије''' по јединици запремине, за течни или компримирани водоник, је пуно мања од познатих фосилних горива, иако по јединици масе, густина енергије је већа. Ипак, о водонику се доста расправља као о будућем носиоцу енергије. Тако рецимо, везивање угљен-диоксида из ваздуха, може бити повезано са стварањем -{H<sub>2</sub>}- као фосилног горива. Тада би водоник био релативно чисти извор енергије, уз мало испуштање [[Азотни оксиди|азотних оксида]], али без стварања [[угљен-диоксид]]а. Ипак, улагање у инфраструктуру би било знантно.<ref>"DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy", publisher=US Department of Energy, 2006. [https://web.archive.org/web/20070814020426/http://www.hydrogen.energy.gov/news_transition.html]</ref>

=== Производња полупроводника ===
У производњи [[полупроводник]]а, водоник се користи за засићење лабилних веза у аморфном [[силицијум]]у и аморфном [[угљеник]]у, да би им се повећао квалитет. Он је исто могући додатак у различитим оксидима, као: -{ZnO, SnO<sub>2</sub>, CdO, MgO, ZrO<sub>2</sub>, HfO<sub>2</sub>, La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, TiO<sub>2</sub>, SrTiO<sub>3</sub>, LaAlO<sub>3</sub>, SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, ZrSiO<sub>4</sub>, HfSiO<sub>4</sub>}- и -{SrZrO<sub>3</sub>}-.<ref>Van de Walle: "Hydrogen multicentre bonds", journal=Nature Materials, 2007.</ref>

=== Поступак и материјали ===
* Рад са гасом захтева примену посебних прописа и мера заштите.
* Препоручује се употреба легура алуминијума, магнезијума и никла. Могу се применити синтетски каучук и слични полимери (све само за гасовити водоник).
* У челичним судовима - боцама, под притиском од 150 бара. Боце су појединачне или у батеријама - палетама са заједничким вентилом за пуњење и пражњење, у батеријама судова - боца трајно уграђеним на транспортно возило или у течном агрегатном стању специјалним транспортним возилима до резервоара корисника.

== Биолошка улога ==
Водоник се као састојак воде, налази се у сваком биолошком организму у знатним количинама. Осим у води, налази се и у готово свим органским једињењима унутар организма, везан ковалентно за елементе попут [[угљеник]]а или [[азот]]а. У воденим растворима који су део сваког организма, присутан је у облику -{H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>}- јона, те као такав има изванредно важну, темељну улогу у регулацији ћелијских процеса.

-{H<sub>2</sub>}- се ствара код неких врста [[Врење|врења или ферментација]], а стварају га неки [[микроорганизми]], обично уз помоћ [[катализатор]]а, које садрже [[ензим]]е са [[гвожђе]]м или [[никал|никлом]], који се називају [[хидрогеназа|хидрогеназе]].

Раздвајање воде у протоне, електроне и кисеоник, јавља се код готово свих биљака које врше [[фотосинтеза|фотосинтезу]]. Неки организми, као што су [[модрозелене алге]] су развиле и други корак, који се одвија у тами и којим се ствара гасовити водоник -{H<sub>2</sub>}- уз помоћ специјалних хидрогеназа у [[хлоропласт]]у. У току су испитивања на генетски модификованим модрозеленим алгама, с циљем њихове примене у стварању -{H<sub>2</sub>}-, чак и у присуству кисеоника, т.ј. њихове примене у биореакторима.<ref>{{cite web|last=Chris|first=Williams|title = Pond life: the future of energy |publisher = The Register |year=2006|url = http://www.theregister.co.uk/2006/02/24/pond_scum_breakthrough }}</ref>

== Види још ==
* [[Хенри Кевендиш]]
* [[Протијум]]
* [[Деутеријум]]
* [[Трицијум]]
* [[Боров модел атома]]

== Референце ==
{{reflist|30em}}

== Литература ==
{{Литература|30em}}
* {{Cite book| ref=harv|last=Emsley|first=John|title=Nature's Building Blocks|publisher=Oxford University Press|year=2001|id=}}
* {{Cite book| ref=harv| title=Chart of the Nuclides| edition=17th| publisher= Knolls Atomic Power Laboratory|year=2010| url=http://www.nuclidechart.com/|isbn=978-0-9843653-0-2|pages=}}
* {{cite journal|last=Ferreira-Aparicio| first=P| first2=M. J.|last2=Benito|first3=J. L. |last3=Sanz|year=2005| title=New Trends in Reforming Technologies: from Hydrogen Industrial Plants to Multifuel Microreformers| journal=Catalysis Reviews| volume=47|doi=10.1080/01614940500364958| issue=4|pages=491–588}}
* {{Cite book| ref=harv|last=Newton|first=David E.|year=1994|title=The Chemical Elements| url=https://archive.org/details/chemicalelements00newt|publisher=Franklin Watts|location=New York|isbn=978-0-531-12501-4|pages=}}
* {{Cite book| ref=harv|last=Rigden|first=John S.|year=2002|title=Hydrogen: The Essential Element| url=https://archive.org/details/hydrogenessentia0000rigd|publisher=Harvard University Press|location=Cambridge, Massachusetts|isbn=978-0-531-12501-4|pages=}}
* {{Cite book| ref=harv|last=Romm|first=Joseph J.|title= The Hype about Hydrogen, Fact and Fiction in the Race to Save the Climate| url=https://archive.org/details/hypeabouthydroge0000romm|publisher=Island Press|year=2004|isbn=978-1-55963-703-9|pages=}}
* {{Cite book| ref=harv|last=Scerri|first=Eric|year=2007|title=The Periodic System, Its Story and Its Significance| url=https://archive.org/details/periodictableits0000scer|publisher=Oxford University Press|location=New York|isbn=978-0-19-530573-9|pages=}}

{{Литература крај}}

== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Hydrogen}}
* [https://web.archive.org/web/20060612225336/http://www.physics.drexel.edu/~tim/open/hydrofin/ Basic Hydrogen Calculations of Quantum Mechanics]
* [http://www.periodicvideos.com/videos/001.htm Hydrogen] at ''The Periodic Table of Videos'' (University of Nottingham)
* [http://militzer.berkeley.edu/diss/node5.html High temperature hydrogen phase diagram] {{Wayback|url=http://militzer.berkeley.edu/diss/node5.html |date=20160304070245 }}
* [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/quantum/hydwf.html#c3 Wavefunction of hydrogen]
* [https://web.archive.org/web/20131112031329/http://colossalstorage.net/API/thomas_hydrocarbon_production.gif Low Energy Linear Accelerator – Monatomic Hydrogen diagram]

{{периодни систем елемената 2}}
{{једињења водоника}}
{{модулатори јонотропног глутаматног рецептора}}

{{нормативна контрола}}{{portal bar|Хемија|Физика}}

[[Категорија:Водоник| ]]
[[Категорија:Неметали]]
[[Категорија:Биологија и фармакологија хемијских елемената]]
[[Категорија:Редукујући агенси]]