Vodik i ostali energenti
Uvod
Na temelju znanstvenih istraživanja doznajemo da se većina zvijezda, pa tako i naše Sunce, sastoji uglavnom od vodika. Sunčeva energija nastaje spajanjem atoma vodika u atome helija, pri čemu se oslobađa mnogo energije. Što je Sunčeva energija i koji su načini njezine pretvorbe u električnu energiju doznat ćete pogledate li videozapis Sunce – izvor energije.
Sunce – izvor energije
Građa atoma vodika
Prisjetite se što ste dosad naučili o građi atoma vodika i odgovorite na pitanja.
Koliko izotopa ima vodik? Navedite njihova imena, odredite broj subatomskih čestica u atomima pojedinih izotopa te navedite njihov protonski i nukleonski broj.
Odgovor:
Najjednostavniji i najlakši kemijski element vodik ima tri različita izotopa. Vodikov atom koji ima samo jedan proton i jedan elektron naziva se procij ili obični vodik. Vodikov atom koji u jezgri uz proton ima i neutron te ima dva puta veću masu od procija je deuterij ili teški vodik. Označava se i velikim slovom D. Vodikov atom koji uz proton ima dva neutrona u jezgri i tri puta veću masu od procija naziva se tricij ili superteški vodik. Oznaka mu je i veliko slovo T. To je radioaktivni izotop vodika.
procij |
deuterij |
tricij | |||
[latex]\ce{^{1}_{1}H}[/latex] |
1 proton | [latex]\ce{^{2}_{1}H}[/latex] | 1 proton | [latex]\ce{^{3}_{1}H}[/latex] | 1 proton |
– | 1 neutron | 2 neutrona | |||
1 elektron | 1 elektron | 1 elektron |
Dobivanje, svojstva i uporaba vodika
Vodik se u kemijskom laboratoriju najčešće dobiva djelovanjem klorovodične kiseline na cink. Pritom se možemo služiti i Kippovim aparatom.
Kippov aparat rabi se za dobivanje nekih plinova jer omogućuje dugotrajnije razvijanje plinova, ali i prekidanje reakcije kad plin više nije potreban. Plinovi u Kippovu aparatu nastaju reakcijom između čvrste tvari i kiseline.
Pogledajte videozapis Test na vodik. Kada se epruveti primakne zapaljena treščica, začuje se prasak. Pozorno promotrite stijenke epruvete na vrhu. Zašto se stijenke epruvete orose? Objašnjenje napišite jednadžbom kemijske reakcije.
Test na vodik
Zračni brodovi – cepelini
Vodik je najlakši plin pa su se njime početkom prošloga stoljeća punili zračni brodovi - cepelini. Najpoznatiji zračni brod iz toga vremena bio je njemački cepelin Hindenburg dugačak 245 m. Njime se odvijao putnički promet između Europe i Amerike. Pozorno pogledajte videozapis Tragedija Hindenburga.
Tragedija Hindenburga
Cepelin Hindenburg 6. svibnja 1937. godine eksplodirao je pri pokušaju slijetanja u američki grad New Jersey. Ta je tragedija označila kraj korištenja cepelina kao prijevoznoga sredstva. Danas se tehnologija izrade modernih cepelina temelji na prednostima novih materijala i uporabi helija. Njihova primjena još nije komercijalna.
Zanimljivosti vezane uz nacrt i patent zračnoga broda
Zračni je brod konstruirao Zagrepčanin David Schwarz. Njegov je cepelin poletio 3. studenoga 1897. s uzletišta Tempelhof u Berlinu i podigao se na visinu od 466 m. Izum ovoga hrvatskog izumitelja nezasluženo se i dandanas pripisuje drugome. Naime, nakon izumiteljeve smrti njegova je udovica njemačkome generalu Ferdinandu von Zeppelinu prodala nacrte i patente zračnoga broda. Tako je, nezasluženo, Schwarzov izum dobio ime „cepelin” iako se trebao zvati „švarcoplan”.
Važno je znati!
Na mrežnim stranicama pronađite edukativnu brošuru koja sadržava naputke za učinkovito i sigurno korištenje plina u kućanstvu. (Mrežno mjesto, Pristupljeno: 11. 1. 2019.)
Za one koji žele doznati više!
Pogledajte videozapis Nuklearno oružje i doznajte više o vodikovoj (hidrogenskoj) bombi koja ima daleko razornije djelovanje od atomske bombe.
Nuklearno oružje
Ostali energenti – nafta
Pogledajte fotogaleriju i doznajte koje proizvode iz svakodnevnoga života dobivamo iz spojeva koji se priređuju preradom nafte i njezinih derivata.
Zanimljivo je naglasiti da se mnogi suvremeni kozmetički proizvodi, primjerice parfemi, ruževi za usne, dezodoransi, sjenila za oči, kao i lijekovi, vitamini te plastične mase, proizvode sintezom iz spojeva koji se dobivaju preradom nafte i njezinih derivata.
Za one koji žele doznati više!
Kako se provodi frakcijska destilacija nafte te koje su najvažnije frakcije koje se dobiju ovim postupkom možete doznati u interaktivnoj simulaciji Frakcijska destilacija.
Posljedice izlijevanja nafte u more
Pozorno pogledajte videozapis Izlijevanje nafte. Doznajte zašto mjere opreza moraju biti na najvišoj razini kada se morima transportira nafta te koje su sve posljedice ekološke katastrofe istjecanja nafte u more.
Izlijevanje nafte
Havarije tankera i istjecanje nafte u more mogu izazvati onečišćenje mora, ekološku katastrofu i širenje naftnih mrlja zbog djelovanja morskih struja. Ovaj videozapis prikazuje jednu od najvećih ekoloških katastrofa – izlijevanje nafte u more koje se dogodilo 2010. godine u Meksičkom zaljevu nakon eksplozije naftne platforme Deepwater Horizon. Nafta je istjecala tri mjeseca, a procjenjuje se da je u more isteklo oko milijun tona nafte. Onečišćeno more obuhvaćalo je površinu od oko 9000 km2. Najviše su stradale ribe, ptice i kornjače. Uništena su uzgajališta školjki, jaja riba i ostalih morskih organizama, kao i kompletan fitoplankton. Stradavanjem planktona kao glavnoga proizvođača u moru onemogućava se kruženje tvari u hranidbenom lancu i time se uništava cijeli ekosustav. Nafta se zbog manje gustoće zadržava pri površini mora i tako sprječava fotosintezu, disanje i prehranu morskih organizama. Troškovi čišćenja mora, obale i živih bića onečišćenih naftom procijenjeni su na više od četiri milijarde dolara.
Proučite interaktivni grafikon i odgovorite zašto nafta pluta po površini morske vode.
Ugljen i zemni plin
Prisjetite se kako izgaranje fosilnih goriva djeluje na onečišćenje atmosfere.
Ugljen je fosilno gorivo kojim se čovjek koristi od davnina i u prirodi ga ima najviše. Pretpostavlja se da bi svjetske zalihe ugljena mogle potrajati sljedećih 200 godina. Ugljen je nastao procesom pougljenjivanja (karbonizacije) biljnih ostataka iz davne geološke prošlosti. Nekada se ugljen upotrebljavao kao gorivo – za zagrijavanje prostorija i za postizanje visokih temperatura u pećima kovačnica ili talionica metala. Osim toga, danas je ugljen vrijedna sirovina za proizvodnju koksa, tehničkih plinova, benzina, umjetne gume, lijekova, polimernih materijala (plastike), boja i mnogih drugih organskih spojeva.
Prirodni ili zemni plin pratitelj je nafte u njezinim nalazištima. Homogena je smjesa raznih ugljikovodika. U najvećoj količini sadržava metan, a u manjoj količini može imati i druge plinove, primjerice ugljikov dioksid i sumporovodik. Metan je zapaljiv, a pomiješan sa zrakom čini eksplozivnu smjesu. Ukapljeni plin prozirna je tekućina bez boje, okusa i mirisa. Prije nego što stigne do kućanstva, plinu se dodaju tvari neugodna mirisa kako bi se spriječile nesreće koje se mogu dogoditi zbog nekontroliranoga istjecanja plina. U kućanstvu se zemni plin upotrebljava za zagrijavanje prostorija i kuhanje hrane. U novije vrijeme zemni je plin popularan kao alternativno gorivo za automobile.
Problemsko pitanje
Pozorno promotrite sliku. Možete li pretpostaviti o kojoj je vrsti automobila riječ?
1. Više o toj vrsti automobila pročitajte na mrežnim stranicama Hrvatske enciklopedije Leksikografskoga zavoda Miroslav Krleža (Mrežno mjesto; pristupljeno 14. 1. 2019.)
2. Nakon ove aktivnosti u razredu povedite raspravu.
3. Nakon rasprave izrecite svoje mišljenje o sljedećim pitanjima:
- Kako zamišljate automobil budućnosti? Opišite njegove značajke.
- Pri izboru goriva za automobil budućnosti, kojim bismo se spoznajama trebali voditi kako bismo u što većoj mjeri zaštitili okoliš?
Električni automobili imaju znatno manje energetske gubitke uz bolja vozna svojstva, a motori tih automobila tijekom vožnje ne stvaraju ispušne plinove, veću buku ni vibracije. Vezano uz smanjenje emisije štetnih stakleničkih plinova, treba imati u vidu i kako se opskrbljujemo električnom energijom. Istražite iz kojih izvora Hrvatska dobiva najviše energije. Koliko su zastupljeni obnovljivi izvori energije?
4. U agenciji International Energy (Mrežno mjesto; pristupljeno: 14. 1. 2019.) procjenjuju da će u svijetu do 2030. godine biti 140 milijuna električnih automobila ako se vlade svijeta nastave pridržavati Pariškoga sporazuma o klimatskim promjenama. Nakon početnoga oklijevanja automobilska industrija sve se više okreće električnim automobilima. Na pojedinim su europskim tržištima oni prodavaniji od automobila koje pokreću naftni derivati. U Hrvatskoj ima više od 100 punionica za električne automobile. Gdje se nalaze te punionice, možete vidjeti na mrežnoj stranici Puni.hr (pristupljeno: 14. 1. 2019.). Provjerite ima li vaše mjesto e-punionicu.
5. Priču o električnim automobilima moramo završiti pitanjem: znate li gdje je napravljen najbrži električni automobil na svijetu? Ako niste sigurni, pogledajte na sljedećoj videopoveznici
Provjerite svoje znanje
Radni listići uz pokuse iz tiskanoga udžbenika
POKUS 1. Dobivanje vodika i ispitivanje njegovih svojstava
POKUS 2. Reakcija nekih metala s razrijeđenom klorovodičnom kiselinom
POKUS 3. Ispitivanje svojstava sirove nafte