Elementos Quimicos

ESTADO NATURAL DEL HIDRÓGENO

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. En efecto, la mayoría de las estrellas son predominantemente de hidrógeno (el Sol tiene aproximadamente un 90% de hidrógeno). En cuanto a la Tierra, su abundancia es menor. En estado libre, se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, así como en los gases que se desprenden de los volcanes y de los yacimientos de petróleo. En combinación, por el contrario, el hidrógeno es bastante común: en el agua constituye en 11,2% de su peso total; el cuerpo humano, que es aproximadamente dos terceras partes de agua, tiene un 10% de hidrogeno por peso; forma parte esencial de todos los organismos animales y vegetales, en los cuales entra en combinación con oxígeno, nitrógeno, carbono, etc. Finalmente, es un constituyente importante del petróleo y de los gases de combustibles naturales.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL HIDRÓGENO

PROPIEDADES FÍSICAS.- El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Es el elemento más liviano que existe, siendo aproximadamente 14 veces menos pesado que el aire. Su molécula consiste de dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Posee tres isótopos, de los cuales el más abundante es el Protio (99.985%); el Deuterio tiene una abundancia de 0,02% y el tritio es tan escaso que de cada 109 átomos de hidrógeno hay uno de tritio. El hidrogeno es fácilmente absorbido por ciertos metales finamente divididos, siendo los principales paladio, platino y oro. Por ejemplo, uno volumen de paladio finamente dividido puede adsorber aproximadamente 850 volumen es de Hidrógeno a temperatura ambiente. El hidrógeno absorbido es muy activo químicamente.

PROPIEDADES QUÍMICAS.- Químicamente, el hidrogeno es capaz de combinarse con la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas. El hidrogeno tiene gran afinidad con el oxígeno, con el cual se combina en frío muy lentamente, pero en presencia de una llama o de una chispa eléctrica lo hace casi instantáneamente con explosión. Por esto, las mezclas de hidrógeno y aire deben manejarse con mucha precaución. La reacción es:

La ecuación anterior nos indica la gran cantidad de energía desprendida por la reacción. Una propiedad muy importante del hidrógeno es su poder reductor. En efecto, a altas temperatura el hidrógeno reacciona con algunos óxidos reduciéndolos. Este poder reductor, que se base en la tendencia del hidrógeno a oxidarse al estado de oxidación +1, tiene además aplicación en muchos procesos químicos.

Aplicaciones .- La combustión catalítica del hidrógeno. La combustión catalítica del hidrógeno se basa en que el hidrógeno y el oxígeno se puede combinar a bajas temperatura mediante un catalizador adecuado produciéndose únicamente en ésta reacción vapor de agua el cual puede ser empleado por quemadores o calentadores en aplicaciones domésticas como por ejemplo en las estufas y calentadores de agua, etc. Combustión del hidrógeno en máquinas de combustión interna. Consiste básicamente en la modificación de estos motores diseñados para quemar combustibles fósiles (gasolina, diesel, gas natural, etc) basándose en dos aspectos básicos: el rediseño de la cámara de combustión y diversos ajustes en los sistemas del motor para que sea eficiente el uso de hidrógeno como combustible. Una de las características de los motores que utilizan hidrógeno como combustible es que tienen una eficiencia 20% mayor que los motores que emplean combustibles fósiles. Otra característica es que producen pocas emisiones contaminantes, arrojan únicamente vapor de agua y pequeñas cantidades de NOx. La generación electroquímica de electricidad.

ESTADO NATURAL DEL HIELO

El helio está formado por moléculas monoatómicas, y es el gas más ligero exceptuando al hidrógeno. El helio tiene una temperatura de solidificación de -272,2 °C a una presión superior a 25 atmósferas; una temperatura de ebullición de -268,9 °C y una densidad de 0,1664 g/l a 20 °C. La masa atómica del helio es 4,003. Como todos los gases nobles, es químicamente inerte. Su única capa de electrones está llena, haciendo muy difíciles las reacciones con otros elementos, y los compuestos resultantes son bastantes inestables. Sin embargo, se han detectado moléculas de compuestos con neón (otro gas noble) y con hidrógeno, y se han sugerido otros compuestos. Debido a la abundancia de helio en el Universo, la existencia de esas reacciones, aunque sea rara, podría ser muy importante en cosmología.

El helio es el gas más difícil de licuar, y es imposible de solidificar a presiones atmosféricas normales. Esas propiedades convierten al helio líquido en un material extremamente útil como refrigerante, y para experimentos de obtención y medida de temperaturas cercanas al cero absoluto. Puede llevarse casi hasta el cero absoluto a presión normal extrayendo rápidamente el vapor de encima del líquido. A una temperatura ligeramente superior al cero absoluto, se transforma en helio II, llamado también helio superfluido, un líquido con propiedades físicas únicas. No se puede solidificar, y su viscosidad es aparentemente cero. Atraviesa fácilmente grietas y poros diminutos e incluso puede trepar por las paredes y sobre el borde de un contenedor. El helio 3, el isótopo más ligero del helio, de masa 3, con un punto de ebullición incluso más bajo que el helio ordinario, muestra propiedades marcadamente diferentes cuando se licúa. Es el segundo elemento más abundante en el Universo, después del hidrógeno. A nivel del mar, el helio se produce en la atmósfera en la proporción de 5,4 partes por millón. La proporción aumenta ligeramente a alturas mayores. Más o menos una parte por millón del helio atmosférico es helio 3, considerado actualmente como un producto de la desintegración del tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno con masa 3. El isótopo común del helio, el helio 4, procede probablemente de emisores de radiación alfa de las rocas. El gas natural, que contiene una media de un 0,4% de helio, es la mayor fuente comercial de helio.

PROPIEDADES FÍSICAS:

Densidad (g/cm3): 0,00017847 (0 ºC)

Color Incoloro

Punto de fusión (ºC): -270

Punto de ebullición (ºC): -269

Volumen atómico (cm3/mol): 31,8

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Configuración electrónica 1s2

Radio covalente (Å) 0,93

Energía de ionización (kJ/mol) 2372

Afinidad electrónica (kJ/mol) 0

Aplicaciones.- El helio es más ligero que el aire y a diferencia del hidrógeno no es inflamable, siendo además su poder ascensional un 8% menor que el de este, por lo que se emplea como gas de relleno en globos y zepelines publicitarios, de investigación atmosférica e incluso para realizar reconocimientos militares.

Aún siendo la anterior la principal, el helio tiene más aplicaciones:

 Las mezclas de helio-oxígeno se emplean en la inmersión a gran profundidad, ya que el helio es inerte, menos soluble en la sangreque el nitrógeno y se difunde 2,5 veces más deprisa que este, todo lo cual reduce el tiempo requerido para la descompresión. Sin embargo, esta última debe comenzar a mayor profundidad, disminuyendo el riesgo de narcosis ("borrachera de las profundidades").

 Por su bajo punto de licuefacción y evaporación puede utilizarse como refrigerante en aplicaciones a temperatura extremadamente baja, como en imanes superconductores e investigación criogénica a temperaturas próximas al cero absoluto.

 En cromatografía de gases se usa como gas portador inerte.

 La atmósfera inerte de helio se emplea en la soldadura por arco y en la fabricación de cristales de silicio y germanio, así como para presurizar combustibles líquidos de cohetes.

 En túneles de viento supersónicos.

 Como agente refrigerante en reactores nucleares.

 El helio líquido encuentra cada vez mayor uso en las aplicaciones médicas de la imagen por resonancia magnética (RMI).

 Se utiliza en equipos láser como uno de los gases más comunes, principalmente la mezcla helio-neón.

ESTADO NATURAL DEL LITIO

El litio es el más duro de los metales alcalinos, como todos ellos se transforma fácilmente en iones positivos. Por su fuerte electropositividad, todos los metales alcalinos, al calentarse con una llama la colorean; el litio lo hace de rojo. Es reactivo, por lo cual nunca lo encontraremos en forma libre en la naturaleza. Lo hallamos como compuesto de sales. Puro, es muy inflamable y corrosivo.

Propiedades Físicas

En el sistema periódico de los elementos, el litio encabeza el grupo I o grupo de los metales alcalinos, constituido por Li, Na, K, Rb, Cs, (Fr), los que se caracterizan por tener un sólo electrón en un orbital “s” más allá de la capa central electrónica.

El litio metálico, es de color blanco plateado y blando. Es el metal más liviano que se conoce, densidad de 0,531 g/cm³, de número atómico 3 y peso atómico 6,941. Posee el mayor punto de fusión (186°C) y ebullición (1336°C) del grupo de metales alcalinos; posee además, el calor específico más alto de este grupo (0,784 cal/g°C a 0°C). En estado natural existen dos isótopos estables: Li7 en proporción de 92,4 % en peso y Li6 con 7,6 %.

Es interesante la comparación de los tres metales más importantes del grupo I, como son: Li, Na y K en sus propiedades más características porque pueden deducirse posibles usos industriales, métodos de obtención del metal o de sus compuestos, etc..., por sus semejanzas en sus propiedades físicas y químicas.

• Propiedades

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