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HIDRÓGENO

Atómico Molecular

Propiedades y estructura

Síntesis

Laboratorio industrial

Aplicaciones:

- Celdas de combustible- Refinamiento petróleo- Combustibles- Refinamieto de una

mena metálica- Hidrogenación-- materia prima proceso

Haber

Propiedadesiones

Efectosisotópicos

Compuestos más importantes

(Hidruros)

RMN / IR

Propiedadesnucleares

o-H2y p-H2

reactividad

OMAbundancia (nucleogénesis)

Química Inorgánica-63.13- Dra.Silvia E. Jacobo

Nombre Hidrógeno Número atómico 1 Valencia 1 Estado de oxidación +1;0; -1Electronegatividad 2,1 Radio covalente (Å) 0,37 Radio aniónico (Å) 1,5 - 2,1Radio atómico (Å) 0,5Radio de van der Waals (Å) 1,20Configuración electrónica 1s1

Primer potencial de ionización (eV) 13,65Energía de hidratación (kcal-mol) -268Masa atómica (g/mol) 1,00797 Densidad (g/ml) 0,071 Punto de ebullición (ºC) -252,7 Punto de fusión (ºC) -259,2Descubridor Boyle en 1671

HidrógenoQuímica Inorgánica-63.13- Dra.Silvia E. Jacobo

Existen 3 isótopos del hidrógeno:

• protio: 11H (masa 1) se encuentra en más del 99.98% del elemento natural

• deuterio: D= 21H (masa 2) se encuentra en la naturaleza

aproximadamente en un 0.02%

• tritio: T= 31H (masa 3) aparece en pequeñas cantidades en la

naturaleza (<1 en 1017), pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares (Tmedia = 12,3 años)


[Orto-H2 ]= 3 [para-H2 ] a T ambiente (espín nuclear)

|E+-E1s|< |E--E1s|

σ∗u1s

E-

E+

σg1s

Configuración electrónica del estado fundamental del H2: (σg1s)2 o (1σg)2


σ∗u1s

σg1s

E-

E+

Estructura de la molécula (OM)


H2

2H

H+ + H-

H(g) → H+(g) + e-

H-(g) → Ho

(g) + e-

I= 1312 kj/mol

Ae= 77 kj/mol

H+(g) + nH2O → H3O+

(ac) ∆Hh = -1091 kj/mol


covalentes Me intersticiales

Salinos

H2

Hidruros

intermedios

Puente hidrógeno: hidruros



Me +

H2O

H+

HO-

Electrólisis de sales, Ácidos o bases acuosas

HidrógenoHidrógeno

Combustibles fósiles:Hidrocarburos:

- Reformado- Oxidación parcial

Carbón:- Gasificación

Biomasa:- Gasificación.- Pirólisis.

Electrólisis

Producción fotobiológica

Ciclos termoquímicos

¿ Otros ?

Fotoelectrólisis:- Directa.- Indirecta.


* A partir de hidrocarburosA partir de hidrocarburos::

•• Reformado con vapor:Reformado con vapor: el hidrocarburo es tratado con vapor de agua a temperaturas entre 700 y 1100 ºC. El proceso se realiza en dos fases:

1ª fase: CH4 + H2O ⇒ CO + 3H22ª fase: CO + H2O ⇒ CO2 + H2

•• OxidaciOxidacióón parcial:n parcial: reacción de combustión entre 1300 y 1500 ºC1,4CH + 0,3 H2O + 0,4 O2 ⇒ 0,9 CO + 0,1 CO2 + H2.

* A partir del agua:

•• ElectrElectróólisis:lisis: proceso mucho más caro que el reformado con vapor. Produce hidrógeno de gran pureza, que se utiliza en la industria electrónica, farmacéutica o alimentaria.

Hoy en día aproximadamente el 96% del hidrógenose obtiene a partir de combustibles fósiles.Gas natural

48%

Carbón18%

petróleo30%

electrólisis4%


Aplicaciones Convencionales del Hidrógeno

Síntesis de amoníaco

RefineríasIndustria alimenticia

Obtención de peróxido de hidrógenoIndustrias:

farmacéutica de la química finaelectrónica

Gas de Síntesis

H2 + CO (CO2)Mezcla de gran poder reductor

Industrias Químicas y PetroquímicaMetanol, isocianatos, ácido acético, acetatos

Industria del vidrio

Industria Siderúrgica. Hierro esponja


Elementos bElementos báásicossicos de una celda de combustiblecelda de combustible:

Dos electrodosDos electrodos (ánodo y cátodo).ElectrolitoElectrolito: sustancia encargada de transportar los iones producidos en lasreacciones redox.El electrolito a veces se utiliza acompañado de un catalizadorcatalizador.HH22 y Oy O22, utilizados como combustible y oxidante respectivamente.

Pila de combustibleHidrógeno + Oxígeno → Electricidad + agua

ElectrólisisElectricidad + agua → Hidrógeno + Oxígeno

La celda de combustiblecelda de combustible es un dispositivo que produce electricidad y agua mediante un proceso inverso a la electrólisis.

Estructura típica de unacelda de combustible


Las pilas alcalinas utilizan una solución de hidróxido de potasio en agua como electrolito.Como catalizador se pueden emplear diversos metales no preciosos.

Características:Temperatura: 65-220 ºCEficiencia (%): > 50Potencia: 5-150 kW

Ventajas:Alto rendimiento y eficiencia.

Desventajas:Son muy sensibles a la contaminación por CO2. Menor duración debido a su susceptibilidad a esetipo de contaminación.

Aplicaciones: Aplicaciones: ambientes donde hay contaminaciónpor CO2 (espacio, fondo del mar).


• Anodo: las moléculas de hidrógeno pierden sus electrones (catalizadores de platino).

• Los electrones se traspasan al cátodo a través de un circuito externo que produce electricidad.

• Los iones de hidrógeno pasan al cátodo por la membrana de intercambio protónico, donde se unen con las moléculas de oxígeno y electrones para producir agua.

El proceso químico es:

Ánodo: 2H2 --> 4H+ + 4e-

Cátodo: 4e- + 4H+ + O2 --> 2H2OReacción Completa: 2H2 + O2 --> 2H2O

Celda de Combustible de Membrana de Intercambio ProtónicoQuímica Inorgánica-63.13- Dra.Silvia E. Jacobo

El motor de hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas más comentadas para los nuevos vehículos no contaminantes. El hidrógeno posee más potencia en relación energía/ peso que cualquier otro combustible, y además produce poca o ninguna contaminación, ya que sólo libera vapor de agua en su combustión. Una celda o célula de combustible es un

generador que se basa en procesos químicos para producir energía al combinar el hidrógeno y el oxígeno. La célula de combustible produce corriente eléctrica como una batería, pero al contrario que ésta, nunca se descarga mientras se disponga de combustible en el depósito de hidrógeno.Una célda de combustible es silenciosa, limpia y eficiente, por lo que nos olvidaremos para siempre de los ruidos del motor.

El motor eléctrico situado debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, que generan electricidad al mezclar el hidrógeno que contiene el depósito de combustible y el oxígeno del aire. El único residuo que genera esta reacción es vapor de agua.


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