HIDRÓGENO GENERALIDADES.

HIDRÓGENO

GENERALIDADES.

El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue formalmente descrito por primera vez por T. Von Hohenheim (más 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, y que generaba hidrógeno gaseoso.

Fe +H2SO4 FeSO4 + H2

En 1766 Cavendish descubrió las propiedades del hidrógeno. Su trabajo más célebre fue el descubrimiento de la composición del agua. Afirmaba que “el agua está compuesta por aire deflogistizado (oxígeno) unido al flogisto (hidrógeno)”. Henry Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción mercurio - ácido como "aire inflamable" y descubriendo que la combustión del gas generaba agua. Aunque asumió erróneamente que el hidrógeno era un componente liberado por el mercurio y no por el ácido, fue capaz de describir con precisión varias propiedades fundamentales del hidrógeno. Tradicionalmente, se considera a Cavendish el descubridor de este elemento.

En 1783, Antoine Lavoisier dio al elemento el nombre de hidrógeno (en francés Hydrogène, del griego ὕδωρ, ὕδᾰτος, "agua" y γένος-ου, "generador") cuando comprobó (junto a Laplace) el descubrimiento de Cavendish de que la combustión del gas generaba agua.

H2 + O2 H2O

Con un número atómico igual a 1, el hidrógeno es el más simple de todos los átomos y el elemento que forma más compuestos, y como la mayoría de los gases es diatómico, aunque ésta molécula solamente puede separarse mediante el uso de catalizadores físicos o químicos.

El hidrógeno que se desprende durante las reacciones químicas se pierde con demasiada facilidad, debido a que la masa de la molécula de hidrógeno es tan pequeña y su velocidad tan grande que puede escapar del campo gravitacional de la tierra.

Los átomos de hidrógeno consisten en un protón y un electrón. Casi toda la química del hidrógeno puede explicarse en términos de su tendencia a adquirir la configuración electrónica del gas noble helio, esto se logra al ganar un electrón y formar el ion hidruro H- al compartir su electrón y aceptar el compartir un electrón de otro átomo, como en la molécula de hidrógeno H-H.

ISÓTOPOS

Se conocen tres isótopos del hidrógeno 1H (protio), 2H (deuterio, D) y 3H (tritio, T). Otros isótopos altamente inestables (del 4H al 7H) han sido sintetizados en laboratorio, pero nunca observados en la naturaleza.

NOMBRE SÍMBOLO MASA PORCENTAJE NÚCLEO

1H H. ligero Protio H 1.008 99.98% 1 protón y ningún neutrón

2 H H. pesado Deuterio D 2.050 0.026% 1 protón y 1 neutrón

3H sintético Tritio T 3.00 1.5x10-14 % 1 protón y 2 neutrones

Los 3 isótopos tienen las mismas propiedades químicas solamente varían ligeramente en sus propiedades físicas.

• 1H, conocido como protio, es el isótopo más común del hidrógeno.

• 2H, el otro isótopo estable del hidrógeno, es conocido como deuterio. El deuterio representa el 0,0026% o el 0,0184% del hidrógeno presente en la Tierra, encontrándose las menores concentraciones en el hidrógeno gaseoso, y las mayores (0,015% o 150 ppm) en aguas oceánicas. El deuterio no es radiactivo, y no representa un riesgo significativo de toxicidad. El agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar de hidrógeno 1H (protio), se denomina agua pesada. El deuterio y sus compuestos se emplean en marcado no radiactivo en experimentos y también en disolventes usados en espectroscopia. El agua pesada se utiliza como refrigerante en reactores nucleares. El deuterio es también un potencial combustible para la fusión nuclear con fines comerciales.

• 3H se conoce como tritio. Es radiactivo, desintegrándose en 32He+ a través de una emisión beta. Posee un periodo de semidesintegración de 12,33 años. Pequeñas cantidades de tritio se encuentran en la naturaleza por efecto de la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. También ha sido liberado tritio por la realización de pruebas de armamento nuclear. El tritio se usa en reacciones de fusión nuclear y en dispositivos luminosos auto - alimentados. Antes era común emplear el tritio como radio marcador en experimentos químicos y biológicos, pero actualmente se usa menos.

Existen dos tipos distintos de moléculas diatómicas de hidrógeno que difieren en la relación entre los espines de sus núcleos:

• Orto - hidrógeno: los espines de los dos protones se encuentran paralelos

• Para - hidrógeno: los espines de los dos protones se encuentran antiparalelos

En condiciones normales de presión y temperatura el hidrógeno gaseoso contiene aproximadamente un 25% de la forma para y un 75% de la forma orto, también conocida como "forma normal". La relación del equilibrio entre orto - hidrógeno y para - hidrógeno depende de la temperatura. A temperaturas muy bajas, el estado de equilibrio está compuesto casi exclusivamente por la forma para. Las propiedades físicas del para - hidrógeno puro difieren ligeramente de las de la forma normal (orto). La distinción entre formas orto / para también se presenta en otras moléculas o grupos funcionales que contienen hidrógeno, tales como el agua o el metileno.

PROPIEDADES FÍSICAS:

• La molécula de hidrógeno, en condiciones usuales, es un gas incoloro, inodoro e insípido.

• Es la molécula más pequeña que se conoce.

• Su densidad =es 76 Kg./m3= 273 Kg./L., y su densidad como gas es

• Tiene gran rapidez de transición de las moléculas a la fase gaseosa de ahí la ausencia casi total del hidrógeno en la atmósfera terrestre.

• Gran facilidad de difusión y efusión.

• Dentro de la combustión es un combustible

• Buena conductividad calorífica.

• Estado de gas casi perfecto, lo que origina bajas temperaturas de licuefacción y fusión.

• Punto de fusión es de 14025 K.

• Punto de ebullición es de 20268 K.

PROPIEDADES QUÍMICAS.

• Su peso atómico es de 1.0079 uma.

• Su estado de oxidación son +1, -1.

• Para completar su nivel de valencia captura un electrón a fin de producir el anión H ˉ.

• Arde en el aire y en ciertas condiciones reacciona explosivamente con el oxígeno y los halógenos.

• Las combinaciones con metales alcalinos y alcalinotérreos excepto Be y Mg., son esencialmente enlaces iónicos.

• Con los no metales son enlaces del tipo covalente.

• Con los elementos de transición son con enlaces metálicos.

• El H+, salvo en el estado gaseoso, en la química siempre se encuentra asociado por ejemplo: H3O (catión oxonio).

• Tiene una estructura cristalina hexagonal.

• Poco soluble en agua y la solubilidad no es afectada por la temperatura.

• El hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos.

ESTADO NATURAL Y ABUNDANCIA.

El hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera, en algunos gases volcánicos y en la atmósfera externa al sol; otras estrellas están constituidas casi por completo de hidrógeno. En combinación con otros elementos se encuentra ampliamente distribuido en la Tierra, en donde el compuesto más abundante e importante del hidrógeno es el agua, H2O. El hidrógeno se halla en todos los componentes de la materia viva y de muchos minerales. También es parte esencial de todos los hidrocarburos y de una gran variedad de otras sustancias orgánicas. Todos los ácidos contienen hidrógeno; una de las características que define a los ácidos es su disociación en una disolución, produciendo iones hidrógeno.

El hidrógeno es con mucho el elemento más abundante en el universo, pero es muy escaso en la Tierra. Bajo condiciones ordinarias, el hidrógeno existe como gas diatómico, H2. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la atmósfera de la Tierra.

El hidrógeno gaseoso es producido por algunas bacterias y algas, y es un componente natural de las flatulencias. El metano es una fuente de enorme importancia para la obtención del hidrógeno.

COMPUESTOS DE HIDRÓGENO.

Hidruros.

Los compuestos binarios de hidrógeno reciben el nombre genérico de hidruros. El hidrógeno, que forma compuestos binarios con la mayor parte de los elementos, tiene una electronegatividad un poco mayor que la mediana de la electronegatividad de todos los elementos de la tabla periódica.

Por ello, el hidrógeno se comporta como un no metal débilmente electronegativo y forma compuestos iónicos con metales muy electropositivos, y compuestos covalentes con todos los no metales. Además, el hidrógeno forma hidruros metálicos con algunos de los metales de transición.

Hidruros Iónicos.

Son sólidos blancos y se forman únicamente con los metales más electropositivos. Estos cristales iónicos contienen el catión del metal y el ión Hidruro. Tienen puntos de fusión muy

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