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Hidrógeno Definición y Características

Las características químicas del hidrógeno
El hidrógeno es un elemento químico con el símbolo H y el número atómico . Con un peso atómico estándar de 1.008, el hidrógeno es el elemento más ligero en la tabla periódica. Su forma monatómica (H) es la sustancia química más abundante en el Universo, constituyendo aproximadamente el 75% de toda la masa bariónica. Las estrellas no remanentes se componen principalmente de hidrógeno en el estado de plasma. El isótopo más común de hidrógeno, denominado protio(nombre raramente utilizado, símbolo 1 H), tiene un protón y ningún neutrón.

El hidrógeno gaseoso ( dihidrógeno o hidrógeno molecular,  también llamado diprotio cuando consiste específicamente en un par de átomos de protio ) es altamente inflamable y arde en el aire en un rango muy amplio de concentraciones entre 4% y 75% en volumen. La entalpía de combustión es -286 kJ / mol:

Que es el hidrógeno

El hidrógeno es un gas. Es un elemento gaseoso incoloro, altamente inflamable, el más ligero de todos los gases y elemento más abundante en el universo. Se utiliza en la producción de amoníaco sintético y metanol, en el refinado de petróleo, en la hidrogenación de materiales orgánicos, como atmósfera reductora, en sopletes oxi-hidrógeno y en combustibles de cohetes. El hidrógeno es uno de los principales compuestos del agua y de toda la materia orgánica, y está ampliamente extendido por todo el Universo. Refiérase a la reacción de hidrógeno por su reacción al agua, oxígeno y ácidos. El número atómico de este elemento es 1 y el símbolo del elemento es H. El átomo de hidrógeno está formado por un núcleo con una unidad de carga positiva y un electrón.

 

 Origen y Significado del nombre Hidrógeno

El nombre Hidrógeno se deriva de la palabra griega’hidros’ que significa “agua” y significa gennen a “generar” cuando forma agua cuando se expone al oxígeno creando H 2 O.

Grupo de tabla periódica y clasificación de los Elementos

Elemento de Hidrógeno pueden clasificarse en función de sus estados físicos (Estados de Materia) eg gas, sólido o líquido. Este elemento es un gas. El hidrógeno se clasifica como un elemento en la sección “No Metales” que puede ubicarse en los grupos 14, 15 y 16 de la Tabla Periódica. Existen elementos no metálicos, a temperatura ambiente, en dos de los tres estados de la materia: gases (oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) y sólidos (carbono, fósforo, azufre y selenio). Para obtener información adicional, consulte Hydrogen Properties.

El descubrimiento del hidrógeno

El hidrógeno fue descubierto por Henry Cavendish en 1776 aunque Paracelsus alrededor 1500, Roberto Boyle, y José Priestley había observado su producción reaccionando ácidos fuertes con los metales. El elemento hidrógeno fue reconocido por primera vez claramente como una sustancia distinta por el investigador inglés Cavendish, que en 1766 lo obtuvo en estado puro, y lo mostró diferente de los otros gases o gases inflamables que se conocían durante mucho tiempo. Cavendish describió el hidrógeno como “aire inflamable”.

Henry Cavendish (1731 - 1810)
Henry Cavendish (1731 – 1810)

Hechos sobre la Historia del Descubrimiento del Hidrógeno

Antoine Lavoisier dio el elemento su nombre y demostró que el agua estaba hecha de hidrógeno y oxígeno.

Antoine Lavoisier

Antoine Lavoisier fue famoso por su cuidado en experimentos cuantitativos, por demostrar la verdadera naturaleza de la combustión y por introducir un sistema en el nombre y agrupamiento de sustancias químicas en 1787. Lavoisier fue ejecutado en 1794 durante la Revolución Francesa.

Antoine Lavoisier (1743 - 1794)
Antoine Lavoisier (1743 – 1794)

Ocurrencia del elemento de hidrógeno

  • El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo
  • Produce hasta el 75% de la materia normal en masa y más del 90% en número de átomos
  • Encontrado en abundancia en las estrellas y los planetas gigantes del gas
  • Catorce veces y media más ligero que el aire
  • La fuente más común para este elemento en la tierra es el agua que se compone de dos partes de hidrógeno a una parte de oxígeno (H 2O)

Abundancia de Hidrógeno


% en el Universo 75%%
en Sol 75
%% en Meteoritos 2.4%%
en Tierra Crustáceo 0.15%%
en Océanos 11%%
en Humanos 10%

Usos Asociados de Hidrógeno


Fabricación de Amoníaco para producir fertilizantes
Globos de hidrógeno – sólo se utiliza para levantar instrumentos meteorológicos
Combustible de cohetes Combustible de
hidrógeno Combustibles fósiles
Producción de metanol y ácido clorhídrico
Bomba de hidrógeno de la fusión nuclear de isótopos de hidrógeno

 Propiedades del elemento del hidrógeno


Nombre del elemento: Hidrógeno
Símbolo del elemento: H
Número atómico del hidrógeno: 1
Peso atómico 1.0079
Punto de fusión: 259.14 ° C
Punto de ebullición: 252.87 ° C
Color del hidrógeno: Incoloro

Hidrógeno como en la Tabla Periódica

Echa un vistazo al Hidrógeno en la Tabla Periódica que organiza cada elemento químico de acuerdo con su número atómico, basado en la Ley Periódica, de modo que los elementos químicos con propiedades similares están en la misma columna. Nuestra Tabla Periódica es sencilla de usar – basta con hacer clic en el símbolo de Hidrógeno como en la Tabla Periódica para obtener información adicional y para una comparación instantánea del Peso Atómico, Punto de Fusión, Punto de Ebullición y Masa – G / cc con cualquier otro elemento. Una valiosa fuente de datos e información como guía de referencia de la química.

Otros elementos clasificados como no metálicos

Los demás elementos contenidos en esta clasificación son los siguientes:

  • Carbón
  • Nitrógeno
  • Oxígeno
  • Fósforo
  • Azufre
  • Selenio

IUPAC y la Tabla Periódica Estandarizada Moderna La Tabla Periódica

Estandarizada en uso hoy en día fue acordada por la Unión Internacional de Química Aplicada Pura, IUPAC, en 1985 y ahora reconoce más períodos y elementos que Dimitri Mendeleev sabía en su día, pero todavía todos encajando en su concepto de la “Tabla Periódica” en la que el hidrógeno es sólo un elemento que se puede encontrar.

Aprenda sobre lo que es hidrógeno con estos hechos rápidos

Estos artículos contienen hechos e información relacionados con el hidrógeno y cada uno de los otros elementos incluyendo el símbolo periódico, el grupo, la clasificación, las propiedades y el número atómico que se refiere a menudo como el número de la tabla periódica. Pruebe sus conocimientos de química y la tabla periódica completando los símbolos de los elementos y los números atómicos en nuestra tabla periódica en blanco. Los estudiantes de química también encontrarán una sección útil sobre las fórmulas químicas.

¿Qué es el Elemento Hidrógeno?

Los Elementos son los bloques de construcción de Ciencia y Química Moderna

Isótopos de hidrógeno

¿Qué son los isótopos?

Imaginemos gemelos idénticos o trillizos idénticos – todos se ven iguales en el exterior, pero cuando miramos más de cerca, notamos pequeñas diferencias físicas, como por ejemplo, sus huellas dactilares. Además, a medida que los conozcamos más individualmente, notaremos diferencias sutiles en sus preferencias y personalidades.

Comparemos estos gemelos y trillizos idénticos con isótopos de un elemento. Al igual que los gemelos y los trillizos, podemos pensar en los isótopos como diferentes versiones de un elemento. Los isótopos son versiones diferentes del mismo elemento que todos tienen el mismo número atómico pero diferente número de neutrones. Debido a que el número de neutrones son diferentes, también tienen diferentes masas atómicas, el número total de protones y neutrones combinados.

Como ejemplo, echemos un vistazo a los isótopos de hidrógeno. El hidrógeno tiene tres isótopos: hidrógeno-1 (protium), hidrógeno-2 (deuterio) e hidrógeno-3 (tritio). En la siguiente ilustración, podemos ver subíndices y superíndices. Los superíndices 1, 2 y 3 escritos antes de H son las masas atómicas de los isótopos de hidrógeno y el subíndice 1 es el número atómico. Podemos ver aquí que los números atómicos (o el número de protones) de los isótopos del hidrógeno son iguales, pero sus neutrones y las masas atómicas son diferentes.


Anteriormente, hemos mostrado los tres isótopos de hidrógeno:

protium, deuterio y tritio. Protium es también conocido como hidrógeno-1, el deuterio es también conocido como hidrógeno-2 y el tritio es también conocido como hidrógeno-3.

Tres isótopos de hidrógeno

Vamos a comparar cómo estos átomos de hidrógeno son diferentes en la siguiente tabla. Podemos ver que para los símbolos, los superíndices antes de H son la masa atómica y los subíndices son el número de protones o el número atómico. Protium también se llama hidrógeno-1. Lo mismo ocurre con los otros dos isótopos de hidrógeno.

Tres isótopos de hidrógeno

Aquí se ilustran los tres isótopos de hidrógeno:

Ilustración: Isótopos de hidrógeno

 

Isótopos del hidrógeno: Abundancia natural


El deuterio

(hidrógeno-2) es el segundo isótopo más abundante del hidrógeno y constituye el 0,0026 al 0,0184% del hidrógeno que se encuentra naturalmente en la Tierra. Su masa atómica es 2.01410178, y tiene un protón y un neutrón. Debido a que el núcleo del deuterio es dos veces más pesado que el protium, el deuterio también se conoce como “hidrógeno pesado”. Esto fue descubierto en 1931 por un químico estadounidense llamado Harold C. Urey.Protium (hidrógeno-1) tiene una masa atómica de 1.00782504, y es un isótopo estable. Tiene un protón y no neutrones. Protium es también conocido como hidrógeno ordinario. En cuanto a su abundancia natural, es el más común de todos los isótopos de hidrógeno.

Además del número de neutrones y el número atómico, estos isótopos de hidrógeno también difieren en términos de su abundancia natural. Cuando decimos abundancia natural, para los isótopos, esto se refiere a la abundancia de ese isótopo que se encuentra en el planeta. Las abundancias naturales de los isótopos de hidrógeno se muestran en la siguiente tabla.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL HIDRÓGENO

  •  A temperatura ambiente, el hidrógeno es un gas.
  • Es un gas incoloro, insípido e inodoro.
  • Es el gas más ligero.
  • Es insoluble en agua.
  • Es altamente inflamable y se quema con agua azul que forma la llama.
  • La temperatura de licuefacción del hidrógeno es -252 o C. La
  • energía del enlace de HH es 431 Kj / mol.
  • Electro negatividad del hidrógeno es 2.1.
  • El potencial de ionización del gas hidrógeno es 13,54 electrones voltios.

USOS DEL HIDRÓGENO

  •  Se utiliza como combustible.
  • Se utiliza para la fabricación de fertilizantes.
  • Se utiliza en la preparación de ghee vegetal.
  • Se utiliza como combustible de cohetes.
  • Se utiliza en la preparación de amoníaco (NH3) y metanol (CH3OH).
  • Se utiliza en la preparación de la llama del oxígeno-hidrógeno que se utiliza en la soldadura debido a la producción de la alta temperatura.
  • Se utiliza en el relleno de globos meteorológicos.
  • Se utiliza para preparar filamentos de tungsteno.
  • Se utiliza para preparar la baja temperatura en estado líquido.

Definición del hidrógenos

 

Definición del hidrógenos

 

Primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro y insípido, formado por moléculas diatómicas, H 2. El átomo de hidrógeno, símbolo H, está formado por un núcleo con una unidad de carga positiva y un electrón. Su número atómico es 1 y su peso atómico es 1,00797 g / mol. Es uno de los principales compuestos del agua y de toda materia orgánica, y está ampliamente difundido no sólo en la Tierra, sino también en todo el Universo. Existen tres isótopos de hidrógeno: protium, masa 1, que se encuentra en más del 99,985% del elemento natural; el deuterio, la masa 2, que se encuentra en la naturaleza en el 0,015% aproximadamente, y el tritio, la masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero puede producirse artificialmente mediante diversas reacciones nucleares.

Usos: El uso más importante del hidrógeno es la síntesis del amoníaco. El uso de hidrógeno se extiende rápidamente en el refinamiento del combustible, como la descomposición por hidrógeno (hidrocraqueo) y la eliminación de azufre. Grandes cantidades de hidrógeno se consumen en la hidrogenación catalítica de aceites vegetales no saturados para obtener grasa sólida. La hidrogenación se utiliza en la fabricación de productos químicos orgánicos. Enormes cantidades de hidrógeno se utilizan como combustibles de cohetes, en combinación con oxígeno o flúor, y como un propulsor de cohetes impulsado por la energía nuclear.

El hidrógeno puede quemarse en los motores de combustión interna. Las pilas de combustible de hidrógeno están siendo investigadas como una forma de proporcionar energía y la investigación se está llevando a cabo en el hidrógeno como un posible combustible futuro importante. Por ejemplo, puede convertirse de y hacia la electricidad de los biocombustibles, de y hacia el gas natural y el gasóleo, teóricamente sin emisiones de CO2 ni de productos químicos tóxicos.

Propiedades Química del hidrógeno

Propiedades Química del hidrógeno

El hidrógeno común tiene un peso molecular de 2,01594 g. Como gas tiene una densidad de 0,071 g / l a 0ºC y 1 atm. Su densidad relativa, comparada con la del aire, es 0.0695. El hidrógeno es el más inflamable de todas las sustancias conocidas. El hidrógeno es ligeramente más soluble en disolventes orgánicos que en agua. Muchos metales absorben hidrógeno. La absorción de hidrógeno por el acero puede dar lugar a acero quebradizo, lo que lleva a falla en el equipo de proceso químico.

A temperatura normal, el hidrógeno no es una sustancia muy reactiva, a menos que se haya activado de alguna manera; por ejemplo, mediante un catalizador apropiado. A altas temperaturas es altamente reactivo.

Aunque en general es diatómico, el hidrógeno molecular se disocia en átomos libres a altas temperaturas. El hidrógeno atómico es un poderoso agente reductor, incluso a temperatura ambiente. Reacciona con los óxidos y cloruros de muchos metales, como plata, cobre, plomo, bismuto y mercurio, para producir metales libres. Reduce algunas sales a su estado metálico, como nitratos, nitritos y cianuro de sodio y potasio. Reacciona con un número de elementos, metales y no metales, para producir hidruros, como NaH, KH, H 2 S y PH 3. El hidrógeno atómico produce peróxido de hidrógeno, H 2 O 2, con de oxígeno.

El hidrógeno atómico reacciona con compuestos orgánicos para formar una mezcla compleja de productos; con etilene, C 2 H 4, por ejemplo, los productos son etano, C 2 H 6, y butano, C 4 H 10. El calor liberado cuando los átomos de hidrógeno se recombinan para formar las moléculas de hidrógeno se utiliza para obtener altas temperaturas en la soldadura atómica de hidrógeno.

El hidrógeno reacciona con el oxígeno para formar agua y esta reacción es extraordinariamente lenta a temperatura ambiente; pero si es acelerado por un catalizador, como el platino, o una chispa eléctrica, se hace con violencia explosiva.


Efectos sobre la salud del hidrógeno

Efectos sobre la salud del hidrógeno

Efectos de la exposición al hidrógeno: Fuego: Extremadamente inflamable. Muchas reacciones pueden causar fuego o explosión. Explosión: Las mezclas gas / aire son explosivas. Vías de exposición: La sustancia puede ser absorbida en el cuerpo por inhalación. Inhalación: altas concentraciones de este gas pueden causar un ambiente deficiente en oxígeno. Los individuos que respiran tal atmósfera pueden experimentar síntomas que incluyen dolores de cabeza, zumbidos en los oídos, mareos, somnolencia, inconsciencia, náuseas, vómitos y depresión de todos los sentidos. La piel de una víctima puede tener un color azul. En algunas circunstancias, la muerte puede ocurrir.

No se espera que el hidrógeno cause mutagenicidad, embriotoxicidad, teratogenicidad o toxicidad reproductiva. Las condiciones respiratorias preexistentes pueden agravarse por la sobreexposición al hidrógeno. Riesgo de inhalación: En caso de pérdida de contención, una concentración nociva de este gas en el aire se alcanzará muy rápidamente.

Peligros físicos: El gas se mezcla bien con el aire, las mezclas explosivas se forman fácilmente. El gas es más ligero que el aire. 

peligros hemical: 

El calentamiento puede causar combustión violenta o explosión. Reacciona violentamente con aire, oxígeno, halógenos y oxidantes fuertes, causando peligro de incendio y explosión. Los catalizadores metálicos, como el platino y el níquel, mejoran en gran medida estas reacciones.

Altas concentraciones en el aire causan una deficiencia de oxígeno con el riesgo de pérdida de conocimiento o muerte. Compruebe el contenido de oxígeno antes de entrar en el área. No hay advertencia de olor si hay concentraciones tóxicas. Mida las concentraciones de hidrógeno con un detector de gas adecuado (un detector de gas inflamable normal no es adecuado para este propósito).

Primeros auxilios: Incendio: Apague la fuente; si no es posible y no hay riesgo para el entorno, que se queme el fuego; en otros casos extinguir con agua pulverizada, polvo, dióxido de carbono. Explosión: En caso de incendio: mantener el cilindro fresco rociándolo con agua. Combate el fuego desde una posición protegida. Inhalación: Aire fresco, resto. La respiración artificial puede ser necesaria. Consultar a un médico. Piel: Consulte a un médico.

Efectos ambientales del hidrógeno

Hidrógeno en el medio ambiente: El hidrógeno forma el 0,15% de la corteza terrestre, es el principal constituyente del agua. 0,5 ppm de hidrógeno H 2 y proporciones varial como vapor de agua están presentes en la atmósfera. El hidrógeno es también un componente majosr de la biomasa, constituyendo el 14% en peso.

Efectos ambientales del hidrógeno

Estabilidad ambiental: el hidrógeno se produce naturalmente en la atmósfera. El gas se disipará rápidamente en áreas bien ventiladas.

Efecto en plantas o animales: Cualquier efecto sobre animales estaría relacionado con ambientes con deficiencia de oxígeno. No se prevé ningún efecto adverso en la vida de las plantas, excepto en el caso de las heladas producidas en presencia de gases en rápida expansión.

Efecto en la vida acuática: Actualmente no se dispone de pruebas sobre el efecto del hidrógeno en la vida acuática.

Las características químicas del hidrógeno

El hidrógeno es un elemento químico del primer grupo del subgrupo principal y del séptimo grupo del subgrupo principal en el primer período. El hidrógeno es un elemento químico que se encuentra en dos grupos de elementos a la vez, que muestran propiedades opuestas. Es una sustancia simple que es un componente de muchos compuestos.

El átomo de hidrógeno

Las características del elemento de la tabla periódica  son:

  • hidrógeno tiene el número atómico 1, y tiene 1 electrón y 1 protón;
  • la masa atómica del hidrógeno es 1,00795. Hay 3 isótopos con el número de masa de 1, 2, 3. Sus propiedades son muy diferentes, ya que incluso la masa creciente por uno significa un aumento doble para el hidrógeno;
  • ya que sólo tiene 1 electrón en el nivel exterior, el hidrógeno presenta propiedades tanto oxidativas como reductoras. Después de dar su electrón, el hidrógeno queda con un orbital libre, que participa en la formación de enlaces químicos de acuerdo con un mecanismo donador-aceptor;
  • el hidrógeno es un reductor fuerte, y así en el primer grupo del subgrupo principal este elemento conduce a los metales alcalinos como los más activos;
  • en interacción con reductores fuertes (por ejemplo metales), el hidrógeno se convierte en un oxidante, recibiendo un electrón. Estos compuestos se llaman hidruros. Para esta propiedad, el hidrógeno lidera el subgrupo de halógenos, con el cual comparte similitudes;
  • la masa atómica baja hace que el hidrógeno sea el elemento más ligero. La densidad del elemento es baja, por lo que el hidrógeno se llama estándar de ligereza.

El hidrógeno es un elemento químico único que no se parece a ninguno de los otros, con propiedades especiales de enorme importancia e importancia.

Propiedades físicas del hidrógeno

El hidrógeno tiene los siguientes parámetros físicos:

  • temperatura de fusión – (-259,2) grados Celsius;
  • temperatura de ebullición – (-252,76) grados Celsius;
  • en este intervalo, el hidrógeno es un líquido incoloro sin olor alguno;
  • a alta presión, cristales de forma de nieve de forma de hidrógeno sólido;
  • en condiciones especiales, el hidrógeno es capaz de moverse a un estado metálico;
  • el hidrógeno es insoluble en agua, por lo que se puede obtener en el laboratorio mediante el método de desplazamiento de agua;
  • en condiciones ordinarias, el hidrógeno es un gas incoloro sin olor ni sabor. Es una sustancia combustible y explosiva;
  • se disuelve bien en metales por su capacidad de difusión a través de su espesor;
  • el hidrógeno es 14,5 veces más ligero que el aire;
  • la estructura cristalina de la sustancia simple es molecular, y los enlaces son débiles, lo que significa que se descompone fácilmente.

Hidrógeno y sus reacciones con sustancias simples

Cuando se calienta hidrógeno, se produce una reacción de combinación entre el elemento y las sustancias simples: cloro, azufre y nitrógeno. La reacción del hidrógeno con el oxígeno tiene lugar de la siguiente manera: cuando el hidrógeno puro liberado de un tubo de gas se enciende en el aire, el gas se quema con una llama uniforme, casi imperceptible. Cuando un tubo con hidrógeno encendido se coloca en un frasco que contiene oxígeno, el hidrógeno continúa quemándose y las paredes del frasco se cubren con gotas de agua, formadas como resultado del oxígeno que reacciona con el hidrógeno. La combustión del hidrógeno se acompaña de una alta liberación de calor. La temperatura de la llama de hidrógeno-oxígeno alcanza más de 2.000 grados Celsius. Usted puede hacer un experimento segura y ver cómo se enciende de hidrógeno:

https://www.youtube.com/watch?time_continue=6&v=8miAjgALAME

La reacción química del hidrógeno con el oxígeno es una reacción combinada. Como resultado de la interacción, se forma agua – el hidrógeno es oxidado por el oxígeno, y por lo tanto la reacción es oxidante-reductiva.

Si usted recoge el hidrógeno en un tubo de ensayo al revés, después de haber quitado el aire, y traer un fósforo ardiendo al agujero, la mezcla del hidrógeno y del aire explotará con un ruido fuerte. Esto se llama una mezcla “detonante”.

Como la mezcla de hidrógeno con aire forma “gas detonante”, ha habido accidentes con globos de aire inflados con hidrógeno. Cuando se rompe el sello hermético del globo, se desencadena un incendio y puede producirse una explosión. Por esta razón, los globos de aire modernos están llenos de helio o aire caliente, que se descarga constantemente.

Globos de Hellium

Hidrógeno – reacción con el oxígeno, características del proceso

Como sabemos, una mezcla de hidrógeno y aire forma gas detonante – una mezcla explosiva. El gas detonante es más explosivo si la proporción en volumen de hidrógeno y oxígeno es 2: 1, o 2: 5 para el hidrógeno y el aire. El hidrógeno mismo es inflamable, y el hidrógeno líquido provoca una congelación severa de la epidermis si toca la superficie de la piel.

La concentración más explosiva de hidrógeno y oxígeno es una mezcla de 4% a 96% en volumen, con una mezcla de aire de 4% a 75% y volumen. Estudios posteriores sobre la reacción del oxígeno con el hidrógeno han comprobado que el hidrógeno en grandes volúmenes puede ser explosivo incluso en una pequeña concentración. En otras palabras, cuanto mayor es el volumen de hidrógeno, menos se necesita para una explosión.

Inicialmente, la naturaleza explosiva del hidrógeno se estudió en laboratorios con pequeñas cantidades de la sustancia. Como la reacción del hidrógeno con el oxígeno es una reacción química en cadena que tiene lugar según el mecanismo de los radicales libres, la “muerte” de los radicales libres en las paredes será crítica para continuar la cadena. Si es posible crear concentraciones “límite” de hidrógeno en grandes volúmenes (por ejemplo, en cobertizos, almacenes o instalaciones fabriles), debemos entender que una concentración verdaderamente explosiva de oxígeno con hidrógeno puede diferir un 4% en mayor o menor grado. En la actualidad los científicos están investigando la propiedad poco estudiada del hidrógeno para auto-combustión de una drástica caída de la presión.

Enlaces de hidrógeno

Un enlace de hidrógeno es un tipo de fuerza débil que forma un tipo especial de atracción dipolo-dipolo que se produce cuando un átomo de hidrógeno unido a un átomo fuertemente electronegativo existe en la vecindad de otro átomo electronegativo con un par de electrones solitario. Estos enlaces son generalmente más fuertes que las fuerzas ordinarias dipolo-dipolo y dispersión, pero más débiles que los enlaces covalentes y iónicos verdaderos.

 

La evidencia para el enlace de hidrógeno

Muchos elementos forman compuestos con hidrógeno. Si se trazan los puntos de ebullición de los compuestos del grupo 14 elementos con hidrógeno, se observa que los puntos de ebullición aumentan a medida que se baja del grupo.

 

Puntos de ebullición de los haluros elementales del grupo 14.
Puntos de ebullición de los haluros elementales del grupo 14.

El aumento en el punto de ebullición ocurre porque las moléculas son cada vez más grandes con más electrones, por lo que las fuerzas de dispersión van der Waals se hacen mayores. Si repites este ejercicio con los compuestos de los elementos de los grupos 15, 16 y 17 con hidrógeno, sucede algo extraño.

bptgp567hyd - Hidrógeno Definición y Características

Figura 2 : Puntos de ebullición de los haluros elementales del grupo 15-17.

Aunque en su mayor parte la tendencia es exactamente la misma que en el grupo 4 (por exactamente las mismas razones), el punto de ebullición del compuesto de hidrógeno con el primer elemento en cada grupo es anormalmente alto. En los casos de NMARIDO3norteMARIDO3H2OMARIDO2OHFMARIDOF debe haber algunas fuerzas intermoleculares adicionales de atracción, requiriendo significativamente más energía de calor para romperse. Estas fuerzas intermoleculares relativamente potentes se describen como enlaces de hidrógeno.

 

Origen de la unión del hidrógeno

Las moléculas que tienen esta unión extra son:

nh3h2ohf - Hidrógeno Definición y Características

Figura 3: Los pares solitarios responsables de la unión de hidrógeno en NMARIDO3norteMARIDO3H2OMARIDO2O, y HFMARIDOF. La línea continua representa un enlace en el plano de la pantalla o del papel. Los enlaces punteados están volviendo a la pantalla o el papel lejos de ti, y los que están en forma de cuña están saliendo hacia ti.

Observe que en cada una de estas moléculas:

  • El hidrógeno se une directamente a uno de los elementos más electronegativos, haciendo que el hidrógeno adquiera una carga positiva significativa.
  • Cada uno de los elementos a los que está unido el hidrógeno no sólo es significativamente negativo, sino que también tiene al menos un par solitario “activo”.

Los pares solitarios en el nivel 2 tienen los electrones contenidos en un volumen relativamente pequeño de espacio que por lo tanto tiene una alta densidad de carga negativa. Los pares solitarios en niveles más altos son más difusos y no tan atractivos para las cosas positivas.

El diagrama muestra los enlaces potenciales de hidrógeno formados a un ion cloruro, Cl-. Aunque los pares solitarios en el ion cloruro están en el nivel 3 y normalmente no serían suficientemente activos para formar enlaces de hidrógeno, en este caso se hacen más atractivos por la carga negativa completa sobre el cloro.

clhbonds - Hidrógeno Definición y Características

Figura 5 : Enlace de hidrógeno entre iones cloruro y agua.

Por complicado que sea el ion negativo, siempre habrá pares solitarios que los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua pueden unir a hidrógeno.

 

Adhesión de hidrógeno en alcoholes

Un alcohol es una molécula orgánica que contiene un grupo -OH. Cualquier molécula que tiene un átomo de hidrógeno unido directamente a un oxígeno o un nitrógeno es capaz de uniones de hidrógeno. Tales moléculas tendrán siempre puntos de ebullición más altos que las moléculas de tamaño similar que no tienen un grupo -OH o un grupo -NH. El enlace de hidrógeno hace que las moléculas sean más “pegajosas”, y es necesario más calor para separarlas.

Etanol, CH3CH2 O – HCH3CH2-O-MARIDO, y metoxime- tano, CH3 O – CH3CH3-O-CH3, ambos tienen la misma fórmula molecular, C2MARIDO6Odo2MARIDO6O.

olvether - Hidrógeno Definición y Características

Tienen el mismo número de electrones, y una longitud similar a la molécula. Las atracciones de van der Waals (tanto las fuerzas de dispersión como las atracciones dipolo-dipolo) en cada una serán más o menos las mismas. Sin embargo, el etanol tiene un átomo de hidrógeno conectado directamente a un oxígeno – y que el oxígeno todavía tiene exactamente los mismos dos pares solitarios que en una molécula de agua. La unión de hidrógeno puede ocurrir entre moléculas de etanol, aunque no tan eficazmente como en agua. El enlace de hidrógeno está limitado por el hecho de que sólo hay un hidrógeno en cada molécula de etanol con suficiente delta - Hidrógeno Definición y Característicascarga.

En metoxymethane, los pares solitarios en el oxígeno están todavía allí, pero los hidrógenos no son suficientemente delta - Hidrógeno Definición y Características+ para que los enlaces del hidrógeno formen. Excepto en algunos casos bastante inusuales, el átomo de hidrógeno tiene que ser conectado directamente al elemento muy electronegativo para que se produzca la unión de hidrógeno. Los puntos de ebullición del etanol y del metoxime- tano muestran el efecto dramático que el enlace de hidrógeno tiene en la pegajosidad de las moléculas de etanol:

 

etanol (con enlaces de hidrógeno) 78,5 ° C
metoxime- tano (sin enlace de hidrógeno) -24,8 ° C

El enlace de hidrógeno en el etanol ha elevado su punto de ebullición alrededor de 100 ° C. Es importante darse cuenta de que el enlace de hidrógeno existe además de las atracciones de van der Waals. Por ejemplo, todas las siguientes moléculas contienen el mismo número de electrones, y las dos primeras tienen la misma longitud. El punto de ebullición más alto del butan-1-ol se debe a la unión de hidrógeno adicional.

olhbonds - Hidrógeno Definición y Características

Comparando los dos alcoholes (que contienen grupos -OH), ambos puntos de ebullición son altos debido a la unión de hidrógeno adicional debido al hidrógeno conectado directamente al oxígeno – pero no son los mismos. El punto de ebullición del 2-metilpropan-1-ol no es tan alto como el butan-1-ol debido a que la ramificación en la molécula hace que las atracciones de van der Waals sean menos eficaces que en el butan-1-ol más largo.

 

Unión de hidrógeno en moléculas orgánicas que contienen nitrógeno

La unión de hidrógeno también ocurre en moléculas orgánicas que contienen grupos NH – de la misma manera que ocurre en el amoníaco. Los ejemplos van desde moléculas simples como CH 3 NH 2 (metilamina) hasta moléculas grandes como proteínas y ADN. Las dos hebras de la famosa hélice doble en el ADN se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno en una hebra, y los pares solitarios sobre otro nitrógeno o un oxígeno en la otra.

 

Donantes y Acceptores

Para que se produzca un enlace de hidrógeno debe haber tanto un donante de hidrógeno como un aceptor presente. El donante en un enlace de hidrógeno es el átomo al cual el átomo de hidrógeno que participa en el enlace de hidrógeno está unido covalentemente, y es usualmente un átomo fuertemente electronegativo tal como N, O o F. El aceptor de hidrógeno es el ion o molécula electronegativo vecino, y debe poseer un solo par de electrones para formar un enlace de hidrógeno.

H bond diagram 1 - Hidrógeno Definición y Características

 

¿Por qué se produce un enlace de hidrógeno?

Dado que el donante de hidrógeno es fuertemente electronegativo, tira del par de electrones enlazados covalentemente más cerca de su núcleo, y lejos del átomo de hidrógeno. El átomo de hidrógeno se deja entonces con una carga positiva parcial, creando una atracción dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno unido al donante, y el par de electrones solitarios en el aceptor. Esto da como resultado un enlace de hidrógeno (ver Interacciones entre Moléculas con Dipoles Permanentes)

H bond diagram 2 - Hidrógeno Definición y Características

 

Tipos de enlaces de hidrógeno

Los enlaces del hidrógeno pueden ocurrir dentro de una sola molécula, entre dos como moléculas, o entre dos moléculas desemejantes.

 

Puentes de hidrógeno intramoleculares

Los enlaces de hidrógeno intramoleculares son los que ocurren dentro de una sola molécula. Esto ocurre cuando dos grupos funcionales de una molécula pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí. Para que esto suceda, tanto un donante de hidrógeno como un aceptor deben estar presentes dentro de una molécula, y deben estar muy próximos entre sí en la molécula. Por ejemplo, el enlace de hidrógeno intramolecular se produce en etilenglicol (C 2 H 4 (OH) 2 ) entre sus dos grupos hidroxilo debido a la geometría molecular.

Ethylene Glycol - Hidrógeno Definición y Características

 

Puentes de hidrógeno intermoleculares

Los enlaces intermoleculares de hidrógeno ocurren entre moléculas separadas en una sustancia. Pueden ocurrir entre cualquier número de similares o distintas moléculas tanto tiempo como donantes de hidrógeno y aceptores están presentes una en posiciones en las que pueden interact.For ejemplo, enlaces de hidrógeno intermoleculares pueden ocurrir entre NH 3 moléculas solo, entre H 2 O moléculas solo, o entre moléculas de NH $ ₃ $ y H $  $ O.

Intermolecular h bonds.jpg

 

Propiedades y efectos de los enlaces de hidrógeno

 

En punto de ebullición

Cuando consideramos los puntos de ebullición de las moléculas, normalmente esperamos que las moléculas con masas molares más grandes tengan puntos de ebullición normales más altos que las moléculas con masas molares más pequeñas. Esto, sin tener en cuenta los enlaces de hidrógeno, se debe a mayores fuerzas de dispersión (ver Interacciones entre moléculas no polares ). Las moléculas más grandes tienen más espacio para la distribución de electrones y por lo tanto más posibilidades para un momento dipolar instantáneo. Sin embargo, cuando consideramos la siguiente tabla, vemos que no siempre es así.

Compuesto Masa molar Punto de ebullición normal
MARIDO2OMARIDO2O 18 g / mol 373 K
MARIDOFMARIDOF 20 g / mol 292,5 K
norteMARIDO3norteMARIDO3 17 g / mol 239,8 K
MARIDO2SMARIDO2S 34 g / mol 212,9 K
MARIDOdolMARIDOdol 36,4 g / mol 197,9 K
PAGMARIDO3PAGMARIDO3 34 g / mol 185,2 K

Vemos que H $  $ O, HF y NH $ ₃ $ tienen cada uno puntos de ebullición más altos que el mismo compuesto formado entre hidrógeno y el siguiente elemento desplazándose por su respectivo grupo, indicando que los primeros tienen mayores fuerzas intermoleculares. Esto se debe a que H 2 O, HF y NH 3 presentan enlaces de hidrógeno, mientras que los otros no. Además, H2OMARIDO2O tiene una masa molar menor que la HF, pero participa en más enlaces de hidrógeno por molécula, por lo que su punto de ebullición es por consiguiente más alto.

 

En Viscosidad

El mismo efecto que se observa en el punto de ebullición como resultado del enlace de hidrógeno también se puede observar en la viscosidad de ciertas sustancias. Las sustancias que son capaces de formar enlaces de hidrógeno tienden a tener una viscosidad más alta que las que no. Las sustancias que tienen la posibilidad de múltiples enlaces de hidrógeno exhiben viscosidades aún más altas.

 

Factores que impiden la unión del hidrógeno

 

Electronegatividad

La unión de hidrógeno no puede ocurrir sin diferencias significativas de electronegatividad entre el hidrógeno y el átomo al que está unido. Así, vemos moléculas como PH 3, que no participan en el enlace de hidrógeno. PH 3 exhibe una geometría molecular piramidal trigonal como la de amoníaco, pero a diferencia de NH 3 no puede un enlace de hidrógeno. Esto se debe a la similitud en las electronegatividades del fósforo y el hidrógeno. Ambos átomos tienen una electronegatividad de 2,1, y por lo tanto, no se produce momento dipolar. Esto evita que el enlace de hidrógeno adquiera la carga positiva parcial necesaria para el enlace de hidrógeno con el par de electrones solitarios en otra molécula.

Phosphine.jpg

 

Tamaño del átomo

El tamaño de los donantes y aceptores también puede afectar la capacidad de enlace de hidrógeno. Esto puede explicar la capacidad relativamente baja de Cl para formar enlaces de hidrógeno. Cuando los radios de dos átomos difieren grandemente o son grandes, sus núcleos no pueden alcanzar proximidad cercana cuando interactúan, dando por resultado una interacción débil.

Radii.jpg

 

La unión del hidrógeno en la naturaleza

La unión del hidrógeno desempeña un papel crucial en muchos procesos biológicos y puede explicar muchos fenómenos naturales tales como las propiedades inusuales del agua. Además de estar presentes en el agua, el enlace de hidrógeno también es importante en el sistema de transporte de agua de las plantas, la estructura de proteínas secundaria y terciaria, y la asociación de bases de ADN.

 

Plantas

La teoría de cohesión-adhesión del transporte en plantas vasculares utiliza enlaces de hidrógeno para explicar muchos componentes clave del movimiento del agua a través del xilema de la planta y otros vasos. Dentro de un vaso, las moléculas de agua de hidrógeno se unen no sólo entre sí, sino también con la cadena de celulosa que comprende la pared de las células vegetales. Esto crea una especie de tubo capilar que permite que se produzca una acción capilar ya que el vaso es relativamente pequeño. Este mecanismo permite que las plantas de tirar el agua en sus raíces. Además, el enlace de hidrógeno puede crear una cadena larga de moléculas de agua que pueden superar la fuerza de la gravedad y viajar hasta las altas altitudes de las hojas.

Transporte de agua.jpg

 

Proteínas

La unión de hidrógeno está presente abundantemente en la estructura secundaria de las proteínas, y también con moderación en la conformación terciaria. La estructura secundaria de una proteína implica interacciones (principalmente enlaces de hidrógeno) entre polinesios vecinos polipéptidos que contienen pares de nitrógeno-hidrógeno unidos y átomos de oxígeno. Puesto que tanto N como O son fuertemente electronegativos, los átomos de hidrógeno unidos a nitrógeno en un esqueleto polipéptido pueden unirse a los átomos de oxígeno de otra cadena y viceversa. Aunque son relativamente débiles, estos bonos ofrecen gran estabilidad a la estructura secundaria de proteínas porque repiten un gran número de veces.

En la estructura terciaria de la proteína, las interacciones son principalmente entre los grupos R funcionales de una cadena polipeptídica; una de tales interacciones se denomina interacción hidrófoba. Estas interacciones se producen debido al enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua alrededor del hidrófobo y refuerzan la conformación.

Obtención de hidrógeno en el laboratorio

Preparación de laboratorio de gas de hidrógeno

El gas de hidrógeno se prepara en el laboratorio mediante la acción de HCl diluido sobre zinc granulado.

Zn dil ⋅ H2ASI QUE4⟶ ZnSO4aq ) +H2Zn+dil⋅MARIDO2ASI QUE4⟶ZnSO4(aq)+MARIDO2↑
Nota: Esta es una reacción redox ya que Zn está oxidado y los iones H + se reducen aquí.
Procedimiento:

Las piezas de zinc granulado se toman en una botella de Woulfe y el aparato se ajusta como se muestra en la figura. Los dos cuellos de la botella de woulfe se endurecen con corcho para que no entre el aire desde fuera. Está conectado con el tubo de suministro a un canal de agua que contiene agua. El ácido sulfúrico diluido se vierte lentamente del embudo del cardo. Se añaden algunos cristales de sulfato de cobre para aumentar la velocidad de reacción. El gas hidrógeno así formado se recoge en un recipiente de gas a través del tubo de suministro mediante el desplazamiento hacia abajo del agua.

hydorgen - Hidrógeno Definición y Características

Preparación de laboratorio de gas hidrógeno

Purificación:

El gas hidrógeno así obtenido puede contener diferentes impurezas como H 2 S, NO 2, CO 2, humedad, etc. Por lo tanto, estas impurezas se eliminan mediante el uso de procedimiento adecuado para obtener hidrógeno puro.

El gas hidrógeno muy puro puede prepararse en el laboratorio mediante la siguiente reacción. Este es un método corto y dulce.

Mg dil ⋅ H2ASI QUE4⟶ MgSO4H2Mg+dil⋅MARIDO2ASI QUE4⟶MgSO4+MARIDO2↑

El hidrógeno metálico

Los científicos dicen que han tenido éxito en la fabricación del hidrógeno metálico, una forma del elemento que ha demostrado elusivo por 80 años. Pero otros investigadores no lo están comprando todavía.

El hidrógeno es el primer elemento en la tabla periódica y el más simple. También es el elemento más abundante en el universo, que representa alrededor de tres cuartas partes de su masa (ignorando la materia oscura, que es otra historia). Bajo condiciones normales, el hidrógeno es un gas. Refrigerado a negativos 253 grados centígrados, el hidrógeno se convierte en un líquido, que es un combustible común del cohete usado en el motor principal del transbordador espacial y en otra parte.

El hidrógeno metálico podría ser aún más útil. Algunos físicos piensan que podría actuar como un superconductor de alta temperatura, lo que significa que conduciría la electricidad a temperatura ambiente sin resistencia. Eso haría más eficiente la distribución de electricidad. La mayoría de los superconductores tienen que ser enfriados a cero casi absoluto. El superconductor de temperatura más alta que conocemos sólo funciona a -70 grados Celsius.

 ¿Sabias?

Los científicos han estado buscando hidrógeno metálico durante mucho tiempo sin éxito. Los físicos que primero teorizaron su existencia pensaron que podría hacerse con una presión 250.000 veces mayor de lo que sentimos en la superficie de la Tierra. En las ocho décadas desde entonces, los investigadores han construido prensas con puntas de diamante para tratar de comprimir el hidrógeno de un gas en un metal, pero nadie lo ha hecho con éxito.

Hasta ahora. Tal vez. En un nuevo artículo publicado en Science, los físicos de Harvard, Isaac Silvera y Ranga Dias, informaron que fabricaron hidrógeno metálico a una presión de 495 gigapascales (unos 5 millones de veces lo que sentimos al nivel del mar) y una temperatura de -268 grados centígrados. Dicen que encontraron una nueva forma de pulir los diamantes para que no se rompen, un punto común de fracaso en otros intentos. Pusieron su yunque de diamante dentro de un dispositivo de enfriamiento llamado un criostato, luego utilizaron un tornillo para apretar lentamente su gas.

A aproximadamente 335 gigapascales el hidrógeno se volvió negro, indicando una transición a una forma conocida del elemento que absorbe la luz. Luego, a 495 gigapascales, su muestra se volvió brillante. Eso, según los investigadores, significa que se había convertido en metálico.

Para leer el comunicado de prensa de Harvard, se podría pensar que habían hecho lo imposible.

“Este es el Santo Grial de la física de alta presión”, dijo Silvera. “Es la primera muestra de hidrógeno metálico en la Tierra, así que cuando lo estás viendo, estás mirando algo que nunca ha existido antes”.

Pero otros físicos están lejos de ser vendidos.

“No creo que el documento sea convincente en absoluto”, dijo Paul Loubeyre a Nature. Es físico en la Comisión de Energía Atómica de Francia y entre el pequeño grupo de científicos de todo el mundo que han tratado de fabricar hidrógeno metálico.

Loubeyre y otros críticos tienen algunos problemas con la investigación. Su principal preocupación es que Silvera y Dias realmente sólo tienen un punto de datos: una sola medición de la reflectividad de su muestra a alta presión. Si bien eso podría indicar el hidrógeno metálico, también podría ser algo más, como el recubrimiento de alúmina que utilizaron en los diamantes para evitar que el hidrógeno gotee en el cristal y lo hace quebradizo.

Los investigadores de Harvard tampoco repitieron su experimento. Silvera le dijo a Nature que estaban enfocados en contarle al mundo su descubrimiento. El limitado espacio de laboratorio les había impedido intentar hacer más hidrógeno metálico, y les preocupa que hacer más pruebas podría dañar o destruir su muestra existente. Pero dice que más pruebas están llegando.

Si su hidrógeno metálico es real, piensan que podrían ser capaces de llevarlo a temperatura ambiente y presión normal sin que pierda sus poderosas propiedades. Eso podría revolucionar los superconductores. O viajes espaciales: en teoría, el hidrógeno metálico sería aproximadamente tres veces mejor que la forma líquida.

Hasta que haya más pruebas, probablemente es mejor tratar este anuncio con una dosis saludable de escepticismo.

La hidrogenación de grasas

¿Qué son las grasas hidrogenadas?

Las grasas hidrogenadas son grasas no naturales que son perjudiciales para su salud.

Las grasas alimentarias ocurren naturalmente en tres tipos generales:

Saturado (por ejemplo, mantequilla, manteca de cerdo, aceite de coco) Monoinsaturados (por ejemplo, aceite de oliva o de canola)
Los aceites poliinsaturados (por ejemplo, los aceites omega-6 como el aceite de girasol o de cártamo o los aceites omega-3 como los aceites de pescado y de linaza).

La hidrogenación (o, más exactamente, “hidrogenación parcial”, ya que el proceso es incompleto) es la adición química forzada de hidrógeno a los aceites poliinsaturados omega-6 para hacerlos duros a temperatura ambiente, principalmente como un sustituto más barato y menos perecedero de mantequilla en productos de pan crujiente. Las grasas hidrogenadas comunes incluyen aceites de semilla de algodón, palma, soja y maíz hidrogenados o parcialmente hidrogenados, pero teóricamente casi cualquier aceite poliinsaturado puede hidrogenarse.

La estructura química de la grasa hidrogenada endurecida artificialmente es, sin embargo, diferente de la de una grasa saturada naturalmente saturada o de un aceite (mono- o poli) aceite insaturado naturalmente. Las grasas saturadas tienen una forma molecular recta y rígida, que tiende a “rigidizar” las estructuras corporales en las que se incorporan, como los vasos sanguíneos (por lo tanto, la asociación entre las grasas animales duras y la aterosclerosis o el endurecimiento de las arterias).

Las grasas insaturadas tienen varias formas onduladas o en zigzag (llamadas formas cis-) que contribuyen a las arterias más flexibles y otras estructuras corporales. Las grasas hidrogenadas también tienen formas moleculares dobladas, pero las grasas hidrogenadas se doblan en la dirección opuesta al espejo (razón por la cual se les llama formas “trans”) de grasas insaturadas que ocurren naturalmente. Por esta razón, las grasas hidrogenadas son difíciles para el cuerpo de “agarrarse” y metabolizar, y no pueden ser incorporadas en las estructuras celulares ni excretadas de la manera normal. Por lo tanto, las grasas hidrogenadas o “trans” tienden a permanecer “pegadas” en la circulación sanguínea, se oxidan y, lo que es más importante, contribuyen significativamente a un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular y posiblemente también de cáncer.

 

Producción Y Aplicaciones De Hidrógeno

El más importante método industrial para la producción de hidrógeno es el proceso de hidrocarburo-vapor catalítico, en el que las mezclas gaseosas o vaporizadas los hidrocarburos se tratan con vapor a alta presión sobre un níquel catalizador a 650 ° -950 ° C para producir óxidos de carbono y de hidrógeno: C n Hn 2 + n H 2 O → n CO + (2 n + 1) H 2 ; C n H 2 n 2 + 2 n H 2 O → n CO 2 + (3 n + 1) H 2. Los productos de reacción primarios se procesan adicionalmente de varias maneras, dependiendo de la aplicación deseada del hidrógeno. Otro proceso importante para la producción de hidrógeno es la parte no catalítica parcial la oxidación de hidrocarburos bajo presiones elevadas: C n H 2 n 2 + ( n / 2) O 2 → n CO + ( n + 1) H 2.

Este proceso requiere un sistema de alimentación para suministrar velocidades precisas de combustible y oxígeno, quemadores de diseño especial para dar una rápida mezcla de los reactantes, un reactor revestido de refractario y un sistema de refrigeración para recuperar el calor de los gases efluentes. Este último proceso es exotérmico (que produce calor), en contraste con el proceso de vapor-hidrocarburo endotérmico (absorbente de calor).

En un tercer procedimiento, denominado método de oxidación parcial catalítica por presión, se combinan los dos procedimientos precedentes para mantener la temperatura de reacción requerida sin calentamiento externo del lecho de catalizador. El vapor sobrecalentado y los hidrocarburos se mezclan, precalientan y mezclan con oxígeno caliente en un difusor en la parte superior del reactor catalítico. El oxígeno reacciona con los hidrocarburos en un espacio por encima del catalizador. Los reactantes pasan a continuación a través de un lecho de catalizador de níquel en el que las reacciones de vapor de agua-hidrocarburo avanzan casi hasta el equilibrio.

Antes de 1940, la mayor parte de la producción mundial de hidrógeno se hacía mediante procesos basados ​​en carbón o coque, siendo el principal uno reacción agua-gas entre el vapor y el coque caliente: H 2 O + C → CO + H 2. En 1970, sin embargo, se producía relativamente poco hidrógeno por tales procesos. Durante muchos años relativamente pequeñas cantidades de hidrógeno habían sido producidos por la electrólisis de soluciones acuosas de sal de hidróxido o de sodio, siendo la reacción del electrodo H 2 O + e  → 1 / 2 H 2 + OH –. La reacción entre el ácido sulfúrico o clorhídrico y un metal activo como el zinc se utiliza para liberar el hidrógeno en el laboratorio, Pero tales hidrógeno contiene generalmente cantidades de hidruros volátiles, tales como rastrear arsina (AsH 3 ) y la fosfina (PH 3 ), producidos por impurezas en el metal. Estas impurezas volátiles pueden eliminarse burbujeando la mezcla de gases a través de una solución de un agente oxidante fuerte, tal como permanganato de potasio.

Se desarrolló un método comercial para separar el hidrógeno del gas de síntesis de monóxido de carbono por difusión. El gas fluye bajo presión a través de haces de pequeñas fibras de poliéster huecas a través de cuyas paredes pasa el hidrógeno.

El mayor uso único de hidrógeno en el mundo se la producción de amoníaco, que consume cerca de dos tercios de la producción mundial de hidrógeno. El amoníaco es fabricado por la llamada proceso Haber-Bosch, en la que el hidrógeno y el nitrógeno reaccionan en presencia de un catalizador a presiones de alrededor de 1.000 atmósferas y temperaturas de alrededor de 500 ° C: N 2 + 3H 2→ 2NH 3. Grandes cantidades de hidrógeno se utilizan en la preparación de metanol por la reacción CO + 2H 2 → CH 3 OH. Este procedimiento se lleva a cabo en presencia de ciertos catalizadores mixtos que contienen óxido de cinc y óxido de cromo a temperaturas entre 300 ° y 375 ° C ya presiones entre 275 y 350 atmósferas.

Otra aplicación importante del hidrógeno es en el catalizador hidrogenación de compuestos orgánicos. Los aceites y grasas vegetales y animales no saturados se hidrogenan para producir margarina y grasa vegetal. El hidrógeno se utiliza para reducir aldehídos, ácidos grasos y ésteres a los correspondientes alcoholes. Los compuestos aromáticos pueden reducirse a los correspondientes compuestos saturados, como en la conversión de benceno en ciclohexano y de fenol en ciclohexanol. Los compuestos nitro se pueden reducir fácilmente a aminas.

El hidrógeno se ha utilizado como un combustible de cohete primario para la combustión con oxígeno o flúor y es favorecido como propelente para los cohetes nucleares y los vehículos espaciales. Otro uso creciente del hidrógeno es la reducción directa de los minerales de hierro metálico y en la reducción de los óxidos de tungsteno y molibdeno a los metales. Se emplea una atmósfera de hidrógeno (reducción) en el vertido de piezas fundidas especiales, en la fabricación de magnesio, en el recocido de metales y en el enfriamiento de grandes motores eléctricos. El hidrógeno fue utilizado una vez para inflar los recipientes más ligeros que el aire, tales como dirigibles y globos, pero ahora el helio se utiliza generalmente porque es nonflammable. Los barrage globos utilizados en Inglaterra durante la Segunda Guerra Mundial, sin embargo, estaban llenos de hidrógeno. El hidrógeno líquido se utiliza en el laboratorio para producir bajas temperaturas.

Análisis

Cuando los átomos se excitan, como en una descarga eléctrica, irradian luz a longitudes de onda discretas que aparecen como líneas en la  espectro. En la medida en que las longitudes de onda las líneas espectrales son características del elemento, el espectro atómico puede ser utilizado para identificar el elemento. El más simple de todos estos espectros es el del hidrógeno. Johann Jakob Balmer, matemático suizo y profesor de escuela secundaria, descubrió en 1885 una ecuación para representar las longitudes de onda de las líneas espectrales del hidrógeno, de las cuales nueve habían sido observadas en el laboratorio y de las cuales cinco fotografiadas en el espectro de la estrella Sirius. Las longitudes de onda, lambda (λ), en angstroms, se representa por la fórmula: λ = 3645,6 [ m 2 / ( m 2 – 4)], estoy tomando los valores sucesivos 3, 4, 5, etc. No fue hasta 1913 que una base teórica para estarelación empírica fue dada por el físico danés Niels Bohr en su teoría de la radiación atómica.

El movimiento giratorio del protón le da las propiedades magnéticas y hace que se precesen en un campo magnético aplicado, al igual que una parte superior de hilatura precesa en un campo gravitacional. La frecuencia con la que un determinado proton predice es determinada por su ambiente eléctrico localy por la fuerza del campo magnético aplicado. Cuando se irradian compuestos de hidrógeno con ondas electromagnéticas de una frecuencia particular, el fenómeno dela absorción de resonancia ocurre en fuerzas de campo magnético que son diferentes para cada protón estructuralmente (magnéticamente) distinguible en el compuesto.

De este modo, la resonancia magnética de protoneshace posible distinguir los tipos estructurales de átomos de hidrógeno presentes; además, las intensidades de los picos de absorción son proporcionales al número de átomos de hidrógeno de cada clase. Los picos de absorción a menudo se dividen, sin embargo, debido a la interacción magnética de los momentos magnéticos del protón entre sí. Las mediciones de resonancia magnética protónica proporcionan datos para la investigación de la estructura química.

Un método para determinar el contenido de hidrógeno total de una sustancia es oxidar completamente la sustancia en una corriente de oxígeno puro, que reacciona con el hidrógeno para producir vapor de agua. Los vapores resultantes se pasan a través de un potente agente deshidratante, tal como perclorato de magnesio, que absorbe el agua. A partir del aumento de peso del tubo de absorción que contiene el desecante, se puede calcular la cantidad de hidrógeno oxidado.

Los compuestos de hidrógeno o hidrógeno gaseosos pueden oxidarse pasándolos sobre óxido de cobre caliente, y el agua resultante puede ser entonces recogida y pesada y calculada la cantidad de hidrógeno; para medir el gas hidrógeno propiamente dicho, el vapor de agua de la oxidación puede reducirse a hidrógeno gas pasándolo sobre uranio calientemetal-el hidrógeno entonces se mide en un dispositivo simple llamado una bureta de gas.

Átomos de hidrógeno fuertemente ácidas (como en los compuestos, tales como HCl, HNO 3, H 2 SO 4, etc.) pueden ser determinados en solución mediante la adición de cantidades medidas de una base fuerte, tal como hidróxido de sodio, NaOH, hasta que se neutraliza el ácido, utilizando un indicador para determinar el punto final. La reacción neta es H + + OH  → H 2 O. Ácidos de hidrógeno débilmente ácidos (como el unido al oxígeno en etanol, C 2 H 5 OH, y los unidos al nitrógeno en acetamida, CH 3 CONH 2 ) pueden convertirse en metano (medido en una bureta de gas) por reacción con el metil Reactivo de Grignard, CH $ ₃ $ MgI. Átomos de hidrógeno Hydridic (como en NaBH 4, LiH, etc.) se pueden convertir en hidrógeno molecular (medido en una bureta de gas) por reacción con un ácido acuoso que actúan en el hidrógeno.

Hidrógeno Definición y Características
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Hidrógeno Características y definición
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Hidrógeno Características y definición
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El hidrógeno es un gas. Es un elemento gaseoso incoloro, altamente inflamable, el más ligero de todos los gases y elemento más abundante en el universo. Se utiliza en la producción de amoníaco sintético y metanol, en el refinado de petróleo, en la hidrogenación de materiales orgánicos, como atmósfera reductora, en sopletes oxi-hidrógeno y en combustibles de cohetes. El hidrógeno es uno de los principales compuestos del agua y de toda la materia orgánica, y está ampliamente extendido por todo el Universo.
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