CAPITULO IIELEMENTOS INORGNICOSSEMANA N 05TEMA: EL HIDRGENO

INTRODUCCIN

ESTADO NATURAL

SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES

PROPIEDADES FSICAS

PROPIEDADES QUMICAS

OBTENCIN

OBTENCIN EN EL LABORATORIO

OBTENCIN EN LA INDUSTRIA

APLICACIONES

LA QUMICA ESTA POR TODAS PARTES Y SIN ELLA LA VIDA NO SERIA POSIBLE

EL HIDRGENOHIDRGENO

INTRODUCCINEs el gas ms liviano que existe y arde en el aire dando agua razn por la cual LAVOISIER lo llam HIDRGENO (engendrador de agua).

H (g) + H (g) H2(g)Conforma el 90% de la masa del sol, en las estrellas jvenes casi es el 100%. Libre es muy escaso, presentndose en porciones nfimas en las capas altas de la atmsfera y tambin en los gases volcnicos. Combinado es muy frecuente: agua, hidrocarburos del petrleo, azcares, alcoholes, cidos, bases, protenas, etc.

EL HIDRGENO

SERIE DE ACTIVIDADES DE LOS METALES

Denominada tambin serie electroqumica. Los metales que en ella figuran que se ubiquen arriba del hidrgeno lo desplazara del agua o de un cido, pero los metales situados abajo del hidrgeno no reaccionaran ni con agua ni con cido. De hecho, cualquier especie de la serie reaccionara con cualquier otra especie (en un compuesto) que se encuentre debajo de ella. Por ejemplo, el Zn esta arriba del cobre, entonces el zinc metlico desplazar a los iones cobre del sulfato de cobre.

Desplazan elHidrgenodel agua friaDesplazan el Hidrgeno delVapor de AguaDesplazan el Hidrgeno de los cidosSERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALESLiKBaCa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -NaMgAlZnCrFe - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -CdCoNiSnPb - - - - - -HCuHgAgPtAu

PROPIEDADES FSICAS

El hidrgeno es un gas incoloro, inspido, es el gas mas ligero de todos los conocidos, su densidad es 0,069 g/ml.Es muy poco soluble en agua, slo el 2% de su volumen por volumen de agua. Es fcilmente ocluido (retenido) en los metales finamente divididos especialmente en Pd, Pt, Ni, y Co; se cree que aqu ocurre una verdadera reaccin qumica, es decir que se formara un hidruro.

OBTENCIN

En general el hidrgeno se obtiene por reduccin del protn hidratado (H3O+) o por oxidacin del in hidruro negativo; es decir, para obtener hidrgeno se requiere de la presencia de especies qumicas donadoras de protones y de fuentes de electrones que contribuyen con la carga requerida, para que los protones se desprendan de la especie inicial y puedan formar las molculas del gas (H2). Los mtodos mas comunes para obtener hidrgeno son:

EN EL LABORATORIOTRATANDO LOS CIDOS CON METALESSe obtiene buena cantidad de gas, por la accin del cido sulfrico o clorhdrico como donadores de protones, con el zinc como fuente de electrones. Zn +H2SO4ZnSO4 + H2 Zn +2HCl ZnCl2 + H2

POR ACCIN DE METALES MAS ACTIVOSSe logra con metales que se encuentran por encima del hidrgeno en la serie de actividades de los metales, por ejemplo; K, Ca, Na desplazan al hidrgeno de los cidos y del agua, en fro y con mayor violencia comenzando del primero. 2Na + 2H2O 2NaOH + H2Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2

Otros metales menos activos en orden decreciente como el Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, y Pb, que colinda ya con el hidrgeno, desplazan al H2 de los cidos en fro y al H2 del agua con ayuda de la energa calorfica . CALOR Zn + H2O ZnO + H2 3Fe + 4H2O Fe3 O4 +4H2 Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2Los metales situados en la serie de actividades, debajo del H2 no lo desplazan en forma alguna y son los siguientes, alejndose de H2: Cu, Ag, Hg, Pt, y Au.

Cuando el zinc fundido se arroja sobre agua fra, adquiere la forma de grnulos huecos, que se conoce en el comercio con el nombre de granallas de zinc.

EN LA INDUSTRIA En la industria se utiliza inmensas cantidades de hidrgeno para la obtencin del amonaco, bencina artificial, etc.

- A PARTIR DEL GAS DE AGUA Con este mtodo se obtiene inmensas cantidades de hidrgeno. Se hace circular vapor de agua a 1000 oC por carbn coque al rojo.C + H2O CO + H2 Se obtiene el gas de agua, que es una mezcla de H2 y CO. Luego el gas de agua es mezclado con vapor, para hacerlo circular a travs de catalizadores como el xido de hierro, cromo, torio; mediante este procedimiento se obtiene H2.CO + H2O CO2 + H2

La separacin del CO2 se realiza disolviendo en agua a elevadas presiones o en agua del cal CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

El gas de agua se emplea como combustible a escala industrial y resulta econmico. Durante muchos aos se utiliz esta mezcla como combustible, ya que tanto el CO como el H2 se queman en el aire, pero debido a que el CO es venenoso, el gas de agua se sustituy por gases naturales, como metano y propano.

- A PARTIR DEL GAS NATURAL El gas natural es una mezcla de hidrocarburos como el CH4, C2H6, C3H8, etc. donde existe un gran porcentaje de CH4 (aproximadamente 90%). Se mezcla Vapor de agua con gas natural y se pasa por un catalizador formado por una mezcla de Ni y Co. Ni, Co CH4 + H2O 3H2 + CO 875 OC C3H8 + 3H2O 7H2 + 3CO

PROPIEDADES QUMICAS - Al combinarse el H2 forma enlaces covalente y no inicos, porque el electrn se encuentra fuertemente atrado por el ncleo.

- Debido a su carcter reductor se une mejor con los no metales, teniendo nmero de oxidacin positivo (+1) con los halgenos. H2 + F2 2HF (en fro-oscuridad)

H2 + Cl2 2HCl (a la luz o calentando en la oscuridad) H2 + Br2 2HBr Requiere mayor calentamiento y catalizadores. H2 + I2 2HI

Es combustible pero no comburente.

- Con el azufre y el nitrgeno: las reacciones son mucho mas lentas e incompletas. H2 + S H2S N2 + 3 H2 2NH3

- Con los metales da hidruros que tienen poca estabilidad: NaH, CaH2, MgH2, etc. su estado de oxidacin es 1.

2Na + H2 2NaHDebido a su alta reactividad con el agua lo hidruros inicos se utilizan con frecuencia para eliminar huellas de agua de los disolventes orgnicos.

- Reduce los xidos de metales poco activos a metales libre. CuO + H2 Cu + H2ODebido a la gran afinidad entre el H2 y el O2, el H2 es muy adecuado para remover oxgeno de sus combinaciones con otras sustancias; por esto se dice que el H2 es un fuerte agente reductor.

- El hidrgeno realiza un importantsimo enlace denominado puente de hidrgeno, este enlace se realiza entre el hidrgeno positivo de una molcula y el elemento negativo de otra. A este tipo de enlace molecular se le atribuye algunas propiedades de lquidos como el agua y el alcohol.

HIDROGENACIN CATALTICA

En presencia del hidrgeno ordinario pocas sustancias se reducen o es muy lenta. La hidrogenacin es la adicin de hidrgeno a compuestos que contienen enlaces CC y CC. Una reaccin de hidrogenacin sencilla es la conversin de etileno en etano:CH2= CH2 + H2 CH3 CH3

Esta reaccin es muy lenta en condiciones normales, pero se puede acelerar en gran medida con la presencia de un catalizador como Ni o Pt. Cuya funcin principal es debilitar el enlace H-H y facilitar la reaccin

La hidrogenacin es un proceso muy importante en la industria de los alimentos. Los aceites vegetales tienen un gran valor nutritivo, pero algunos se deben hidrogenar antes de ser utilizados, debido a su mal sabor y a sus estructuras moleculares inapropiadas (Esto es hay demasiados enlaces C=C) por exposicin al aire estas molculas poli saturadas (molculas con numerosas enlaces C=C). Se oxidan y forman productos con sabores desagradables (Rancio).

Durante el proceso de hidrogenacin se agrega al aceite una pequea cantidad de Nquel (alrededor del 01% en masa) y la mezcla se somete a hidrogeno gaseoso altas temperaturas y presin . Despus el Nquel se elimina por filtracin .Este proceso reduce el nmero de dobles enlaces en la molcula, pero no lo elimina por completo.Por tanto, bajo condiciones controladas se puede preparar aceites y margarinas adecuadas para cocinar por medio de hidrogenacin de aceites vegetales extrados de las semillas de algodn maz y soya.

APLICACIONES

- El hidrgeno gaseoso desempea una funcin importante en los procesos industriales. Aproximadamente el 95% de hidrgeno que se produce tiene uso.

- Para obtener amonaco, mediante la sntesis de Ostwald Haber a elevadas presiones (hasta 1000atm) y altas temperaturas, con presencia de catalizadores. N2 + 3H2 2 NH3 El amoniaco es la base de los fertilizantes nitrogenados.

- Se usa como reductor, en los laboratorios, tambin para formar atmsferas inertes. Es necesario sealar que a la combinacin de una sustancia con el oxgeno, se le llama OXIDACIN, y a la extraccin del oxgeno de los compuestos oxigenados se le denomina REDUCCIN.

- Se usa en el soplete OXHDRICO para obtener temperatura superiores a 2000 oC. Consiste en unir hidrgeno y oxgeno puro. Este soplete ha sido sustituido por el soplete oxiacetilnico.

Con la llama obtenida se puede fundir fcilmente los metales, de tal manera que en la soldadura no es necesario utilizar como intermedio metales de bajo punto de fusin, como el estao que se usa generalmente para la soldadura corriente.

LA ECONOMA DEL HIDRGENOLas reservas mundiales de combustibles fsiles se agotan a velocidades alarmantes. Para encarar ste dilema, en la actualidad, los cientficos realizan grandes esfuerzos para desarrollar un mtodo y obtener hidrgeno gaseoso como una fuente alternativa de energa. El hidrgeno gaseoso podra reemplazar a la gasolina de los automviles (despus de modificar el motor) o se podra utilizar con oxgeno gaseoso en celdas de combustible para producir electricidad.

Una de las principales ventajas seria que las reacciones no producen contaminantes, as el producto final en un motor que funcione con H2O en una celda de combustible es agua. 2H2 + O2 2H2OPor supuesto, el xito de la economa del hidrgeno dependera de que tan barato resultara la produccin del hidrgeno gaseoso y de las dificultades de almacenamiento.

A pesar de que la electrlisis del agua consume demasiada energa, para aplicarla en gran escala, si los cientficos lograran desarrollar un mtodo mas sencillo para romper las molculas de agua se podra obtener grandes cantidades de hidrgeno a partir del agua de mar. Un intento que esta en las primeras etapas de desarrollo, utiliza energa solar. Segn este esquema, un catalizador (una molcula compleja con uno o ms tomos de metales de transicin, como el rutenio) absorbe un fotn de la radiacin solar y queda excitado energticamente. En este estado, el catalizador es capaz de reducir el agua hasta convertirla en hidrgeno molecular.

Muchas Gracias