martes, 31 de diciembre de 2013

El hidrógeno y sus propiedades físicas y químicas

gaseoso. en 1966, henry cavendish fue el primero en reconocer el hidrogeno gaseoso como una sustancia discreta identificando el gas producido en la reacción metal acido como “aire inflamable” y descubriendo que la combustión del gas generaba agua. cavendish tropezó con el hidrogeno cuando experimentaba con ácidos y mercurio; aunque asumió erróneamente que el hidrogeno era un componente liberado por el mercurio y no por el acido, fue capaz de describir con precisión varias propiedades fundamentales del hidrógeno. tradicionalmente, se considera a cavendish el descubridor de este elemento. en 1783, antoine lovoisier dio al elemento el nombre de hidrogeno (en francés hidrogene, del griego, agua, generador). cuando comprobó (junto a laplace) el descubrimiento de cavendish. abundancia el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, suponiendo más del 75% en masa y más del 90% en número de átomos. este elemento se encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. las nubes moleculares de h2 están asociadas a la formación de las estrellas. el hidrogeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno. en el universo, el hidrogeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del hidrogeno molecular. como plasma, el electrón y el protón del hidrogeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el sol y otras estrellas). las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos y magnéticos. por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con la magnetosfera terrestre generando corrientes de birkland y el fenómeno de las auroras. bojo condiciones ordinarias en la tierra, el hidrogeno existe como gas diatomico, h2. sin embargo, el hidrogeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la atmosfera de la tierra (1ppm en volumen ), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la gravedad terrestre mas fácilmente que otros gases mas pesados. aunque los átomos de hidrogeno y las moléculas diatomicas de hidrogeno abundan en el espacio interestelar, son difíciles de generar, concentrar y purificar en la tierra. hidrogeno es el decimoquinto elemento mas abundante en la superficie terrestre. la mayor parte del hidrogeno terrestre se encuentra formado parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o el agua. el hidrogeno 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 hidrogeno. Papel del hidrógeno en la Teoría Cuántica 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 hidrógeno, 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 del correspondiente a un gas diatómico por debajo de la temperatura ambiente y comenzaba a parecerse cada vez más al correspondiente a un gas monoatómico a temperaturas muy bajas. de acuerdo con la teoría cuántica, este comportamiento resulta del espaciamiento de los niveles energéticos rotacionales (cuantizados), que se encuentran particularmente separados en el h2 debido a su pequeña masa. estos niveles tan separados impiden el reparto equitativo de la energía calorífica para generar movimiento rotacional en el hidrógeno a bajas temperaturas. los gases diatómicos compuestos de átomos pesados no poseen niveles energéticos rotacionales tan separados y, por tanto, no presentan el mismo efecto que el hidrógeno. sólo hay un elemento en la tabla periódica que no pertenezca a ningún grupo en particular: el hidrógeno. este elemento tiene una química singular. además sus tres isótopos difieren tanto en sus masas moleculares que las propiedades físicas y químicas son sensiblemente diferentes. las propiedades químicas del hidrógeno son: En condiciones normales, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro y sin sabor. Es la molécula más pequeña conocida. La densidad del hidrógeno es de 76 Kg./m^3, y cuando se encuentra en estado de gas, la densidad es de 273 Kg./ L. Posee una gran rapidez de transición, cuando las moléculas se encuentran en fase gaseosa. Debido a esta propiedad, hay ausencia casi total, de hidrógeno en la atmósfera terrestre. Facilidad de efusión, así como también de difusión. Optima conductividad calorífica Punto de fusión de 14025 K. Punto de ebullición de 20268 K propiedades físicas del hidrógeno: Tiene un peso atómico de 100974 UMA. Posee un estado de oxidación de +1, -1. Completa su nivel de valencia con un electrón capturada, para así poder producir el anión H^-. Se combina con los metales alcalinos y alcalinotérreos (menos con el berilio y magnesio), a través de enlaces iónicos. Forma enlaces tipo covalentes, con los no metales. Forma enlaces metálicos con los elementos de transición. El hidrógeno, H^+, siempre se encuentra asociado a otro elemento, menos en el estado gaseoso. Posee una estructura cristalina hexagonal. Reacciona con la gran mayoría de los elementos de la tabla periódica. propiedades físicas del hidrógeno: Tiene un peso atómico de 100974 UMA. Posee un estado de oxidación de +1, -1. Completa su nivel de valencia con un electrón capturada, para así poder producir el anión H^-. Se combina con los metales alcalinos y alcalinotérreos (menos con el berilio y magnesio), a través de enlaces iónicos. Forma enlaces tipo covalentes, con los no metales. Forma enlaces metálicos con los elementos de transición. El hidrógeno, H^+, siempre se encuentra asociado a otro elemento, menos en el estado gaseoso. Posee una estructura cristalina hexagonal. Reacciona con la gran mayoría de los elementos de la tabla periódica. el hidrógeno, consigue licuarse a unos -253ºc, solidificando entorno a los -259ºc. el hidrógeno en estado gaseoso, no es demasiado reactivo, quizás esto sea debido a la elevada energía de enlace covalente que posee, h-h = 436 kj.mol^-1. este tipo de enlace es más fuerte que los enlaces que se forma el hidrógeno con la gran parte de los demás elementos no metálicos, como por ejemplo, la energía de enlace h-s, con un valor de solamente 347 kj.mol^-1. cabe recordar que solamente cuando las energías de enlace de los productos son símiles a la de los reactivos, o incluso mayores, es únicamente cuando es posible que se produzcan reacciones espontáneas. una de estas reacciones, por ejemplo, es la combustión del hidrógeno con el di oxígeno, con el fin de producir agua. cuando el oxígeno y el hidrógeno en estado gaseoso se consiguen mezclar, produciéndose una chispa, la reacción es de carácter explosivo: 2 h2 (g) + o2 (g) → 2 h2o (g) esta reacción tiene que ser impulsada por la entalpía, pues hay una reducción de la entropía. al sumar las energías de enlace, el fuerte enlace entre el o-h (464 kj.mol^-1), lo que hace la reacción termodinámicamente factible. el hidrógeno puede reaccionar con los halógenos, diminuyendo la rapidez de dichas reacciones, conforme se desciende en el grupo. en este grupo, la reacción del hidrógeno con el fluor es bastante violenta; dando como producto el fluoruro de hidrógeno: h2 (g) + f2 (g) → 2 hf (g) la reacción del hidrógeno, con el nitrógeno, se produce de manera muy lenta sin catalizador: 3 h2 (g) + n2 (g) ↔ 2nh3 (g) cuando se produce a altas temperaturas, el hidrógeno reduce a algunos óxidos metálicos al elemental metal. así, por ejemplo, el óxido de cobre (ii) se ve reducido a cobre metálico: δ cuo (s) + h2 (g) → cu (s) + h2o (g) cuando se encuentra en presencia de un catalizador (que suelen ser paladio, o platino), el hidrógeno reduce a triples y dobles enlaces de carbono-carbono, para sí, dejar los enlaces sencillos, como por ejemplo, el c2h4 (eteno), reduciéndose a c2h6: h2c = ch2 (g) + h2 (g) → h3c – ch3 (g) la reducción con hidrógeno, se usa en la conversión de las grasas líquidas no saturadas (aceites de consumo), que poseen mucha cantidad de dobles enlaces carbono-carbono, en grasas sólidas saturadas, o parcialmente saturadas (como las margarinas), las cuales contienen menor cantidad de dobles enlaces carbono-carbón el átomo de hidrogeno (niveles energéticos) el nivel energético del estado fundamental electrónico de un átomo de hidrogeno es -13,6ev, que equivale a un foton ultravioleta de aproximadamente ,92 nm de longitud de onda. los niveles energéticos del hidrogeno pueden calcularse con bastante precisión empleando el modelo atómico de bohr, que considera que el electrón orbita alrededor del protón de forma análoga a la orbita terrestre alrededor del sol. sin embargo, la fuerza electromagnética hace que el protón y el electro se atraigan, de igual modo que los planetas y otros cuerpos celestes se atraen por la fuerza gravitatoria. debido al carácter discreto (cuantizado) del momento angular postulado en los inicios de la mecánica quántica por bohr, el electrón en el modelo de bohr solo puede orbitar a ciertas distancias permitidas alrededor del protón y, por extensión, con ciertos valores de energía permitidos. una descripción mas precisa del átomo de hidrógeno viene dada mediante un tratamiento puramente mecano- quántico que emplea la ecuación de onda de schrodinger o la formulación equivalente de las integrales de camino de feynman para calcular la densidad de probabilidad del electrón. el tratamiento del electrón a través de la hipótesis de de broglie (dualidad onda – partícula) reproduce resultados químicos (tales como la configuración del átomo de hidrogeno) de manera mas natural que el modelo de partículas de bohr, aunque la energía y los resultados espectrales son los mismos. en el hidrogeno gaseoso, el nivel energéticos del estado electrónico fundamental este dividido a su vez en otros niveles de estructura hiperfina, originados por el efecto de las interacciones magnéticas producida entre los espines del electrón y de protón. la energía del átomo cuanto los espines del protón y del electrón están alineados es superior que cuando los espines no lo están. la transición entre esos dos estados puede tener lugar mediante la emisión de un foton a través de una transición de dipolo magnético. los radiotelescopios pueden detectar la radiación producida en este proceso, lo que sirve para crear mapas de distribución del hidrogeno en la galaxia. isótopos de hidrogeno el hidrogeno posee tres isótopos naturales que se denotan como 1h, 2h y 3h. otros isótopos altamente inestables (del 4h al 7h) han sido sintetizados en el laboratorio, pero nunca observados en la naturaleza. 1h, conocido como propio, es el isótopo mas común del hidrogeno con una abundancia de mas del 99,98%. debido a que su núcleo de este isótopo esta formado por un solo protón se la ha bautizado como propio, nombre que a pesar de ser muy descriptivo, es poco usado. 2h, el otro isótopo estable del hidrogeno, es conocido como deuterio y su núcleo contiene un protón y un neutrón. el deuterio representa el 0,0026% o el 0,0184% (según sea en fracción molar o fracción atómica) del hidrogeno presente en la tierra, encontrándose las menores concentraciones en el hidrogeno gaseoso, y las mayores (0,01% o 150 ppm) en aguas oceánicas. el deuterio no es radiactivo, y no representa un riesgo significativo toxicidad. 3h, se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. es radiactivo, desintegrándose en 32h a través de una emisión beta. posee un periodo de semidesintegracion de 12,33 años. pequeñas cantidades de tritio se encuentran en la naturaleza por efecto de la desinteraccion de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. el hidrógeno es el único elemento que posee diferentes nombres comunes para cada uno de sus isótopos (naturales). durante los inicios de los estudios sobre la radiactividad, a algunos isótopos radiactivos pesados les fueron asignados nombres, pero ninguno de ellos se sigue usando. los símbolos d y t (en lugar de 2h y 3h) se usan a veces para referirse al deuterio y al tritio, pero el símbolo p corresponde al fósforo y, por tanto, no puede usarse para representar al protio. la iupac declara que aunque el uso de estos símbolos sea común, no es lo aconsejado. 6 Comentarios | Comentarios sabian que , si implementamos el uso del hidrogeno como fuente de energia , se reduciria el nivel de contaminantes presentes en la atmosfera,ya que estos son los pricipales causantes de problemas como el efecto invernadero, la variacion de los regimenes climatologicos, entre otros que estan afectando seriamente a la humanidad?. → Responder Cave mensionar que el Hidrogeno es el unico elemento de la tabla periodica que posee una quimica singular , es desir, que no depende de algun elemento en particular. por otra parte tambien tiene varias propiedades fisicas y quimicas . → Responder es cierto,todo eso... pero me gustaria que nos enfoquemos mas, en el uso del hidrogeno y las posibles soluciones que este traeria al medio ambiente. → Responder Es bueno que recuerden que no hay trabajo de investigacion sin la aplicacion de los pasos del metodo cientifico.Donde esta la problrmatica,los objetivos.el plantiamiento del problema y la justificacion. → Responder Por favor subir como evidencias sus fotos. → Responder okey maestra, lo haremos cuanto antes!! → Responder Escribe un comentario ¿Quieres usar tu foto? - Inicia tu sesión o Regístrate gratis » Nombre (Requerido) E-mail (Requerido) URL Recibir notificaciones sobre nuevos comentarios Comentarios de este artículo en RSS Inscríbete aquí Comentarios recientes Estefany piña fermin dijo okey maestra, lo haremos... hace 1 año martina mateo marte dijo Por favor subir como... hace 1 año martina mateo marte dijo Es 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