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Hidrogeno

ESTADO NATURAL

Poco abundante. En el Universo, especie dominante. En la atmósfera en estado libre y combinado. En la corteza terrestre como agua y en minerales.
Principal elemento de la vida por intervenir en la fusión nuclear en el Sol y formar parte del agua y de moléculas orgánicas

ISÓTOPOS

Deuterio y Triptio. La diferencia existente en la masa atómica influye sobre las propiedades físicas. Propiedades químicas parecidas. Diferencias en velocidades de reacción y en constantes de equilibrio de las reacciones.

El tritio se forma en lasa capas altas de la atmósfera debido a las reacciones nucleares inducidas por rayos cósmicos. Se prepara según Litio. Utilizado como trazador por su débil radiactividad, rápida eliminación y no se concentra en órganos vulnerables.

PROPIEDADES FÍSICAS

El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Poco soluble.

Propiedades dependientes de las fuerzas intermoleculares: bajos PF, PE y calores de cambio de estado

Propiedades dependientes de la masa nuclear

  • Densidad: Como M es pequeña, d es baja
  • Velocidad de difusión: como M es pequeña, la velocidad es máxima. Velocidad de difusion

Prop. dependientes del spin nuclear: dos formas isoméricas El equilibrio depende de la temperatura.

  • o-hidrógeno: espines paralelos y mayor contenido energético. Se obtiene a partir del p-H2 usando catalizadores.
  • p-hidrógeno: espines antiparalelos y mayor estabilidad. Se prepara pasando hidrógeno normal por un tuvo con carbón vegetal a la temperatura del nitrógeno líquido.

PROPIEDADES QUÍMICAS

  • Pérdida de un e- de valencia: EI elevada por el pequeño tamaño, puede ser compensado con la energía de formación de una sustancia química.
  • Ganancia de un  e- : La AE y la energía de formación de un enlace puede vencer la EI de elementos electropositivos.
  • Compartición de e-: Unión homopolar o heteropolar. La molécula de H2 es muy estable y muy difícil su disociación, reactividad moderada.

Reacciones del hidrógeno con los elementos químicos:

  • Con bloque p: hidruros volátiles
  • Con bloque s: hidruros salinos
  • Con metales de transición: hidruros metálicos
  • Con Be, Al, Ga, Sn, Pb: hidruros covalentes
  • Con Cu, Zn, Cd: hidruros intermedios

Reacciones del hidrógeno con los compuestos químicos:

En fase gaseosa:     

- Reducción de óxidos metálicos  reduccion
- Reducción del monóxido de carbono Monoxido de carbono metanal, metanol....
- Hidrogenación de hidrocarburos insaturados y grasas vegetales.

La mezcla CO + H2: GAS DE SÍNTESIS, preparado a partir de carbón mineral. Se puede usar en síntesis orgánica, como combustible gaseoso o en reacciones catalizadas (Fischer-Tropsh) para la producción de gasolinas.

En medio acuoso: Como oxidante (H+) Reacción con el Zn en una celda galvánica. Conforme transcurre el tiempo, va disminuyendo la velocidad de desprendimiento de H2 porque el Zn se ha polarizado (pasivado). Se puede evitar:

  • Sacando la barra de Zn y limpiándola
  • Uniendo la barra de Zn polarizado a un hilo de Pt
  • Utilizando Zn comercial que contiene Cu

- Como reductor (H2): reducción del ion MnO4-

METODOS DE PREPARACIÓN

Métodos Industriales:

  • Reacción de hidrocarburos o carbón con vapor de agua. Reduccion de hidrocarburos (Exot). La separación es por enfriamiento o por absorción en una aleación de Ag-Pd. Se puede usar otro gas o carbon.
  • Electrolisis del agua: Se obtiene hidrógeno de elevada pureza.
    • En medio ácido Hidrogeno
    • En medio alcalino: Sosa
    • Electrolisis del NaCl: Electrolisis del ClNa
  • Descomposición térmica del agua: proceso endotérmico si es directa 1. Si es indirecta, el proceso consta de cuatro etapas:
    • 1 (750ºC)
    • 1 (100ºC)
    • 1 (25ºC)
    • 1 (500ºC)
  • Destilación de la hulla: se separa por enfriamiento de los demás gases (CO, N2, CH4..)

Métodos de laboratorio

  • Por electrolisis
  • Reducción del ion H+:      

- Agua + metal = hidróxido u óxido + H2. Se interrumpen por formación de un compuesto insoluble o por pasivado del metal.

- Acido + metal = sal + H2.

  • Oxidación del ion H-:        - Hidruro salino + agua = hidróxido + H2

Métodos de preparación del hidrógeno atómico.

  • Excitación en caliente: con el soplete de Langmuir
  • Excitación en frío: efectuando una descarga eléctrica en un tubo que contiene H2.  Mucha pureza
  • Excitación a bajas P y T: el Hs se somete a irradiación

APLICACIONES

  • Reducción de óxidos metálicos en metalurgia
  • Síntesis química: Producción de amoniaco por el procedimiento de Haber

Fabricación de metanol para combustible
Fabricación de HCl de elevada pureza

  • Hidrogenación de compuestos orgánicos insaturados: aceites vegetales para margarinas comestibles o hidrocarburos insaturados para aceites lubricantes.
  • Producción de elevadas temperaturas:  Soplete oxhídrico (2000ºC)

Soplete de hidrógeno atómico (Langmuir) 4000ºC)

    • Como combustible: almacenado usando una aleación metálica. Tiene como ventajas una mayor liberación de energía por unidad de peso de combustible y la ausencia de las emisiones de gases contaminantes. Hay problemas con su producción y almacenamiento.
    • Preparación de hidruros metálicos
    • Industria de colorantes y textil.

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