Ciclo Del Hidrogeno

Hidrógeno

El hidrógeno es un elemento químico de número atómico 1, representado por el símbolo H. Con una masa atómica del 1,00794 (7) u, es el más ligero de la tabla de los elementos. Por lo general, se presenta en su forma molecular, formando el gas diatómico (H2) en condiciones normales. Este gas es inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua.

El elemento hidrógeno, por poseer distintas propiedades, no se encuadra claramente en ningún grupo de la tabla periódica, siendo muchas veces colocado en el grupo 1 (o familia 1A) por poseer solo un electrón en la capa de valencia (o capa superior).

El hidrógeno es el elemento químico más abundante, constituyendo aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. nota 1 En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene "in situ", es decir, en el lugar y en el momento en el que se necesita. Los mayores mercados en el mundo disfrutan de la utilización del hidrógeno para el mejoramiento de combustibles fósiles (en el proceso de hidrocraqueo) y en la producción de amoníaco (principalmente para el mercado de fertilizantes). El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural.

El isótopo del hidrógeno que posee mayor ocurrencia, conocido como protio, está formado por un único protón y ningún neutrón. En los compuestos iónicos, puede tener una carga positiva (convirtiéndose en un catión llamado hidrón, H+, compuesto únicamente por un protón, a veces en presencia de 1 o 2 neutrones); o carga negativa (convirtiéndose en un anión conocido como hidruro, H-). También se pueden formar otros isótopos, como el deuterio, con un neutrón, y el tritio, con dos neutrones. En 2001, fue creado en el laboratorio el isótopo 4H y, a partir de 2003, se sintetizaron los isótopos 5H hasta 7H. El hidrógeno forma compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Posee un papel particularmente importante en la química ácido - base, en la que muchas reacciones involucran el intercambio de protones (iones hidrógeno, H+) entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental tuvo un papel principal en le desarrollo de la mecánica cuántica.

La solubilidad y características de hidrógeno con diversos metales son muy importantes en la metalurgia (puesto que muchos metales pueden sufrir fragilidad en su presencia) y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible. Es altamente soluble en diversos compuestos que poseen tierras raras y metales de transición, y puede ser disuelto tanto en metales cristalinos como amorfos. La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por las distorsiones locales o impurezas en la estructura cristalina del metal.

Etimología

Hidrógeno, del latín "hydrogenium", y éste del griego antiguo ὕδωρ (hydro): "agua" y γένος-ου(genos): "generador". "generador de agua"

La palabra hidrógeno puede referirse tanto al átomo de hidrógeno (descrito en este artículo), como a la molécula diatómica (H2) que se encuentra a nivel de trazas en la atmósfera terrestre. Los químicos tienden a referirse a esta molécula como dihidrógeno,11 molécula de hidrógeno, o hidrógeno diatómico, para distinguirla del átomo del elemento, que no existe de forma aislada en las condiciones ordinarias.

Historia

Descubrimiento del hidrógeno y uso

Dirigible Hindenburg, 1936. El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue el primero producido artificialmente y formalmente descrito por T. Von Hohenheim (también conocido como Paracelso, 1493-1541) que lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico. En 1671, Robert Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, o que resulta en la producción de gas hidrógeno. En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal - ácido como "aire inflamable" y descubriendo más profundamente, en 1781, que el gas produce el agua cuando se quema. a él Generalmente se le da el crédito por su descubrimiento como un elemento químico. En 1783, Antoine Lavoisier dio al elemento el nombre de hidrógeno, (del griego υδρώ (hydro), agua y γένος-ου (genes) generar) cuando él y Laplace reprodujeron el descubrimiento de Cavendish, donde se produce agua cuando se quema hidrógeno.

Lavoisier produjo hidrógeno para sus experimentos sobre conservación de la masa haciendo reaccionar un flujo de vapor con hierro metálico a través de un tubo de hierro incandescente calentado al fuego. La oxidación anaerobia de hierro por los protones de agua a alta temperatura puede ser representada esquemáticamente por el conjunto de las siguientes reacciones:

Fe + H2O → FeO + H2

2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Muchos metales tales como circonio se someten a una reacción similar con agua lo que conduce a la producción de hidrógeno.

El hidrógeno fue licuado por primera vez por James Dewar en 1898 al usar refrigeración regenerativa y su invención es se aproxima mucho a lo que conocemos hoy en día como termo. Produjo hidrógeno sólido al año siguiente. El deuterio fue descubierto en diciembre de 1931 por Harold Urey, y el tritio fue preparado en 1934 por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, y Paul Harteck. El agua pesada, que tiene deuterio en lugar de hidrógeno regular en la molécula de agua fue descubierto por el equipo de Urey en 1932.

François Isaac de Rivaz construyó el primer dispositivo de combustión interna propulsado por una mezcla de hidrógeno y oxígeno en 1806. Edward Daniel Clarke inventó el rebufo de gas de hidrógeno en 1819. La lámpara de Döbereiner y la Luminaria Drummond fueron inventadas en 1823.

El llenado del primer globo con gas hidrógeno, fue documentado por Jacques Charles en 1783. El hidrógeno proveía el ascenso a la primera manera confiable de viajes aéreos después de la invención del primer dirigible de hidrógeno retirado en 1852 por Henri Giffard. El conde alemán Ferdinand von Zeppelin promovió la idea de utilizar el hidrógeno en dirigibles rígidos, que más tarde fueron llamados zepelines; el primero de los cuales tuvo su vuelo inaugural en 1900. Los vuelos normales comenzaron en 1910 y para el inicio de la Primera Guerra Mundial, en agosto de 1914, se habían trasladado 35.000 pasajeros sin ningún incidente grave. Los dirigibles levantadas con hidrógeno se utilizan como plataformas de observación y bombarderos durante la guerra.

La primer travesía transatlántica sin escalas fue hecha por el dirigible británico R34 en 1919. Con el lanzamiento del Graf Zeppelin en 1920, el servicio regular de pasajeros prosiguió hasta mediados de la década de 1930 sin ningún incidente. Con el descubrimiento de las reservas de otro tipo de gas ligero en los Estados Unidos este proyecto debió ser modificado, ya que el otro elemento prometió más seguridad, pero el gobierno de Estados Unidos se negó a vender el gas a tal efecto. Por lo tanto, H2 fue utilizado en el dirigible Hindenburg, el cual fue destruido en un incidente en vuelo sobre Nueva Jersey el 6 de mayo de 1937.14 El incidente fue transmitido en vivo por radio y filmado. El encendido de la fuga de hidrógeno se atribuyó como la causa del incidente, pero las investigaciones posteriores señalaron a la ignición del el revestimiento de tejido aluminizado por la electricidad estática.

Papel del hidrógeno en la Teoría Cuántica

Las líneas del espectro de emisiones de hidrógeno en la región visible. Estas son las cuatro líneas visibles de la serie de Balmer.

Gracias a su estructura atómica relativamente simple, consistente en un solo protón y un solo electrón para el isótopo más abundante (protio), el átomo de hidrógeno posee un espectro de absorción que pudo ser explicado cuantitativamente lo que supuso un punto central del modelo atómico de Bohr que sirvió como un hito en el desarrollo la Teoría de la Estructura Atómica. Además, la consiguiente simplicidad de la molécula de hidrógeno diatómico y el correspondiente catión dihidrógeno, H2+, permitió una comprensión más completa de la naturaleza del enlace químico, que continuó poco después con el tratamiento mecano - cuántico del átomo de hidrógeno, que había sido desarrollado a mediados de la década de 1920 por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg.

Uno de los primeros efectos cuánticos que fue explícitamente advertido (pero no entendido en ese momento) fue una observación de Maxwell en la que estaba involucrado el hidrógeno, medio siglo antes de que se estableciera completamente la Teoría Mecano - Cuántica. Maxwell observó que el calor específico del H2, inexplicablemente, se desviaba

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