HIDROGENO (1)

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  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    EL HIDRÓGENO

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     PARACELSUS (SIGLO XVI)

     ROBERT BOYLE (1671)

     HENRY CAVENDISH (1766)

     ANTOINE LAVOISIER (1783)

    EL HIDRÓGENO: INTRODUCCIÓN

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     Es un no metal  Forma moléculas diatómicas

    H2 El elemento es menos reactivo que los halógenos X2

     Un átomo H tiene un único

    electrón  Puede perderlo, para formar

    H+

     Puede ganar otro, para formar H-

    1

    H 1.00794

    1s1

    H2

    EL HIDRÓGENO: INTRODUCCIÓN

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    EL HIDRÓGENO: PROPIEDADES

    Propiedades del hidrógeno

    H

    Z 1

    PESO ATÓMICO 1.0079

    DENSIDAD (g/ml) 0.0700

    VOLUMEN MOLAR (ml) 28.6

    PTO. DE FUSIÓN (K) 13.957 a 54mm (pto. Triple)

    PTO. DE EBULLICIÓN (K) 20.39

    CALOR DE VAPORIZACIÓN (Kj.mol

    -

    1

    ) 0.903

    POTENCIAL IONIZACIÓN (eV) 13.54

    ENERGÍA DE HIDRATACIÓN H

    +

    (Kcal.mol

    -

    1

    ) 269 ENERGÍA DE ENLACE H

    -

    H (Kcal.mol

    -

    1

    ) 104.2

    RADIO COVALENTE EN H

    2

    (Å) 0.3707

    ELECTROAFINIDAD (eV) 0.715

    RADIO IÓNICO H

    -

    (en LiH, Å) 1.36

    ELECTRONEGATIVIDAD DE PAULING 2.1ABUNDANCIA % EN CORTEZA Y ATM. 1

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    EL HIDRÓGENO: ISÓTOPOS

    PROTIO H 1

    H

    DEUTERIO D 2

    H

    TRITIO T 3

    H

    PESO ATÓMICO

    1.0078 2.0141 3.0160

    ABUNDANCIA

    RELATIVA (%) 99.98 0.015 10

    -

    17

    SPIN NUCLEAR 1/2 1 1/2

    P.F. EN E

    2

    (ºC) -

    259.04 -

    254.27 -

    252.38

    P.Eb. EN E

    2

    (ºC) -

    252.61 -

    249.73 -

    247.96

    E. Dis. (kJ/mol) 438.88 443.35 446.90

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    EL HIDRÓGENO: ISÓTOPOS

    DEUTERIO: O-H SE ELECTROLIZA ANTES QUE O-D:

    SEPARACIÓN D2O/H2O

    TRITIO:

    N + n C + T T1/2=12 años

    He + e (b)

    Li + n He + T (Reactor nuclear)

    14

    7

    1

    0

    14

    6

    3

    1

    4

    2

    0

    -1

    6

    3

    1

    0

    4

    2

    3

    1

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    7/61

    H2O (s)

    H2O (l)

    H2O (l)

    D2O (s)

    EL HIDRÓGENO: ISÓTOPOS

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    EL HIDRÓGENO: EL ELEMENTO

    EL ELEMENTO:

    SE ENCUENTRA EN FORMA DE MOLÉCULADIATÓMICA

    H2 INCOLORO, INODORO, PRÁCTICAMENTE INSOLUBLE EN

     AGUA MUY PEQUEÑA ---- PUNTOS DE F Y Eb

    MUY BAJOS

    LANGMUIR ----- SOPLETE DE HIDRÓGENO

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    EL HIDRÓGENO: EL ELEMENTO

    DOS ISÓMEROS DE SPIN NUCLEAR

    ORTO PARA

    3 1

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    QORTO

    PARA

    CATALIZADOR: C activo, Fe2O3

    EL HIDRÓGENO: EL ELEMENTO

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    92%

    7%   1% Hidrógeno

    He

    Resto

    Universo

    Espacio interestelar H

    Estrellas H2 y H

    EL HIDRÓGENO: ESTADO NATURAL

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    En el ciclo básico de fusión del Hidrógeno, cuatro núcleos de hidrógeno (protones) se unen para formar un núcleo de Helio.

    Es importante recordar que estafusión desprende energía en el centro de una estrella. Esta es la fusión que genera energía en nuestro Sol. Conocemos esta energía cuando sentimos calor  en un día de verano.

    5. Se forma una partícula alfa y se liberan dos protones y mucha energía

    4. Se producen núcleos de helio que se fusionan

    3. El deuterio fusiona con otro protón

    1. Se fusionan dos protones

    2. Un protón se transmuta

    en un neutrón,formando deuterio

    Se emiten un electrón y

    un neutrino

    EL HIDRÓGENO: ESTADO NATURAL

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    FUSIÓN DE DEUTERIO

    FUSIÓN DEUTERIO-TRITIO

    En la Tierra, parece que es más interesante realizar otro tipo de fusión para poder   obtener una fuente de energía casi inagotable. Se trata de la fusión del Deuterio o, incluso mejor, de la fusión de Deuterio con Tritio.

    * EL HIDRÓGENO: ESTADO NATURAL

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    EL HIDRÓGENO: ESTADO NATURAL

    ITER TOKAMAK

    REACTOR EXPERIMENTAL DE FUSIÓN POR CONFINAMIENTO

    MAGNÉTICO

    Cadarache (FR) 2015

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    EL HIDRÓGENO: ESTADO NATURAL

    Décimo elemento en peso más abundante de la

    corteza terrestre Como H2O cubre el 80 % de la superficie terrestre

    Constituye el 70% del cuerpo humano

    Compuestos orgánicos Combustibles fósiles (petróleo, gas natural, etc.)

    Estratosfera en forma atómica

    LA TIERRA

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    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    OBTENCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO. •M + H+ Mn+ + H2 Zn + HCl ZnCl

    2

    + H 2

    •M + OH- M(OH)n + H2  Al + NaOH Na[Al(OH)4] + H2

    •M + H2O M(OH)n + H2 Na + H2O NaOH + H2

    •H- + H2O OH- + H2

    LiH + H2O LiOH + H2

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    •ELECTROLISIS DEL AGUA

    2 H+ + 2e- H2

    2 OH- - 2e- 1/2O2 + H2O

    Electrolito: NaOH 25% 2-2.5V electrodos de Ni ó Fe

    Mejor: FC FC* H

    2 O + FC* H

    2 + O

    2 + FC

    energía solar 

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    OBTENCIÓN A ESCALA INDUSTRIAL.

    •REDUCCIÓN DE AGUA CON COQUE

    H2O(g) + C H2 + CO (+ N2 gas de síntesis) 2C + O2 2CO

    H2O + CO CO2 + H2

    CO2 + K2CO3(aq) 2KHCO3(aq)

    Problemas: presencia de S escasez de C

    Fe2O3

    1200ºC

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    OBTENCIÓN A ESCALA INDUSTRIAL.

    •REDUCCIÓN DE AGUA CON HIDROCARBUROS

    CH4 (GAS NATURAL) + H2O CO + H2

    •OXIDACIÓN PARCIAL DE FUEL-OIL

    CnHm + n/2O2 n CO + m/2 H2

    Ni

    P T

    P T

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

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    OBTENCIÓN A ESCALA INDUSTRIAL.

    •REFINO: CRAQUEO DE HIDROCARBUROS

    R-CH2-CH2-CH2-CH2-R 2 R-CH=CH2 + H2

    •PROCESO CLORO-ÁLCALI: SUBPRODUCTO IMPORTANTE

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

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    Hidrógeno Otro gas

    EL HIDRÓGENO: OBTENCIÓN

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    USOS DEL HIDRÓGENO.

    PROD. PARTIDA

    MARGARINAS

    BATERIAS DE COMBUSTIBLE. COHETES

    FERTILIZANTESPLÁSTICOS

    PRODUCCIÓN DE METALES

    EL HIDRÓGENO: USOS

  • 8/18/2019 HIDROGENO (1)

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    LA REACCIÓN CON EL OXÍGENO:

    H2 + ½ O2 H2O(g) DH= -242 kJ.mol-1

    H2 2H H + O2 OH + O OH + H2 H2O + H

    O2 + H OH + H

    OH + H H2O

    O + H2 H2O

    REACCIONES DE TERMINACIÓN

    EL HIDRÓGENOEL HIDRÓGENO: USOS

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    LA REACCIÓN CON EL OXÍGENO:

    El H2 se quema, al aire, en concentraciones entre

    4 y 75% (frente a 5.4-15% del Gas Natural)

    La temperatura de combustión espontánea es de 585ºC (frente a 540º del Gas Natural)

    Es menos explosivo (conc. 13-64%) que el Gas Natural (conc. 6.3-14%)

    EL HIDRÓGENO: USOS

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    EL HIDRÓGENO: PILAS DE COMBUSTIBLE

    ½ O2 + 2e O2-

    H2 2H+ + 2e

    H2 + ½ O2 H2O

    CAT(+)

    ANOD(-) PILA DE COMBUSTIBLE

    DE HIDRÓGENO

    electrolito

    catalizador 

    H2O

    O2

    H2H+

    electroneselectrones

    2H++O2- =

    H2O

    O2+2e=O2- H2=2H++2e

    CALOR

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    H2SO4

    SO4 2- SO4

    2-

                                                                                                                                                                         P                                                                                                                                                                      b