Li Na K Ba Cs Rb Sr Ca Sc Y Rf Ac La Ti Hf Zr V Nb Sg Db Ta Cr W Mo Mn Tc Hs Bh Re Fe Os Ru Co Rh Uun Mt Ir Ni Pt Pd Be Cu Ag Uub Uuu Au Zn Hg Cd Ga Uuq Uut In Pb Sn P As Sb Uuh Uup Bi Po Te Cl Br I Uuo Uus At Rn Xe Pa Th Ce Pr Np U Nd Pm Am Pu Sm Eu Bk Cm Gd Tb Es Cf Dy Ho Fr Ra Al C O N Li F Tl He Md Fm Er Tm Lr No Yb Lu C Ge O S Se He Ne Ar Kr H Be Mg B C Si Si Ge J. ISASI
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pero se produce y esta especie es bastante estable
Al formarse, por la repulsión electrón-electrón,
se produce gran expansión de la nube electrónica
Y SE INCREMENTA EL RADIO
1/2H2 (g) → H (g) ½(Hd) = 218 kJ.mol-1
H (g) → H- (g) AE = - 67 kJ.mol-1
1/2H2 (g) → H- (g) H = + 151 kJ.mol-1
Alto valor positivo que es debido a la alta energía
del enlace existente en la molécula de hidrógenoH = 1/2 d(H-H) + AE
Si se genera a partir de la molécula: problema es que hay que suministrar mucha energía
La estabilidad en hidruros
va a ser función de ΔHº
ΔGº = ΔHº - TΔSº
Ion negativo = anión hidruro
Como ΔSº es de valor próximo en hidruros
Cuando el hidrógeno reacciona con los elementos de la tabla periódica:
Su estado de oxidación +1 ó -1
Como = 2.1 (es intermedia entre un metal y un no metal)
Si se combina con un no metal H “(+1)”
Con un metal H (-1)
Li
Na
K
BaCs
Rb Sr
Ca
Be
Ga
In
Pb
P Cl
Br
I
At
ON LiF
Tl
HeC O
S
Se
H
Mg
CBe
Sc Ti V Cr
Y Zr Nb
La Hf Ta
Be Hidruros
SalinosMetálicos
He
Ne
Ar
Kr
Rn
Xe
Al
Cu Zn
Pd
Bi Po
B
Si
Ge
Sn Te
As
Sb
Mn Fe Co Ni
Mo Tc Ru Rh
W Re Os Ir Pt Au Hg
Ag Cd
DesconocidoMolecularesIntermedios
Combinaciones del hidrógeno con los elementos de la Tabla Periódica
REACCIONES DIRECTAS
Reacciones del hidrógeno con los elementos metálicos más
electropositivos de los grupos 1 y 2 excepto Be y Mg.
HIDRUROS IONICOS O SALINOS
Se obtienen con facilidad calentando moderadamente
el metal en corriente de hidrógeno.
Presentan enlace iónico.
Son sólidos blancos o grises.
Muestran p.f. y p.e. altos
Hº f < 0
Más estable el compuesto formado
Si aumenta en valor negativo más favorable será la reacción
En un ciclo de Born-Haber la formación
del hidruro favorable si Hs y EI <<<<
1/2H2(g) + M(s) → MH (s)
Hºf
H(g)
Hs
EI
H- M+(g)
Uo
+
1/2Hd
AE
M(g)
H ºf = Hs + ½Hd + AE + EI + Uo
(-) = (+) (+) (-) (+) (-)
HIDRUROS IONICOS O SALINOS
Esto ocurre con los alcalinos y alcalinotérreos a excepción
del Be (catión polarizante de pequeño tamaño y alta carga)
Reacciones con elementos de los grupos 13 a 17 a
excepción de Al, Bi y Po.
Son compuestos moleculares con enlace predominantemente covalente.
Son gases, sólidos o líquidos a temperatura ambiente.
Muestran p.f. y p.e. relativamente bajos.
HIDRUROS COVALENTES
1. Compuestos deficientes en electrones: aquellos que poseen un número de electrones menorque el requerido en sus enlaces (considerando que hay dos electrones por enlace). Diborano B2H6
B: 1s22s2p1............. 3 x 2 = 6 e-
H: 1s1......................1 x 6 = 6e-
12 electrones
Hay 12 electrones y 8 enlaces: Los enlaces en
el puente son de 3 centros y dos electrones
2. Compuestos con el número necesario de electrones: el número de pares de electrones es el mismo que el de enlaces.Metano (CH4)
C: 1s22s2p2....................4 e-
H: 1s1.............................4 x 1e-
8 electrones
4 pares de electrones y 4 enlaces
VOLÁTILES O COVALENTES
C
H
HH
H
BH
H H
HB
H
H
3. Compuestos ricos en electrones: aquellos donde hay más pares. Elementos de los grupos 13 a 17. Amoniaco (NH3)
N: 1s22s2p3....................5 e-
H: 1s1.............................3 x 1e-
8 electrones
Hay 4 pares de electrones y sólo tres enlaces.
El nitrógeno posee un par de electrones sin compartir
N
..
H H
H
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
MH
MH2 Desconocido
Conocido
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
MH
MH2
MH3
HIDRUROS METÁLICOS
Reacciones con metales de transición
grupos 3-12, lantánidos y actínidos
Antiguamente: Compuestos intersticiales del hidrógeno en el metal puro
Sin embargo, se ha encontrado en algunos casos disposición diferente de los átomos metálicos
De Fe se conocen pero se necesitan temperaturas elevadas
De Ni, todos ellos son catalizadores en síntesis orgánica
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
MH2
MH3
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
MH2
MH3
Th4H15 Np4H15
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
MH
MH2
MH3
Reacciones con Be, Mg, Cu, Zn Al
Hidruros de estructura compleja.
Son polímeros
H H H
Be Be
H H H
hsp3
Enlaces de 3 centros Be-H-Be semejantes a los enlaces del diborano
HIDRUROS INTERMEDIOS
Los potenciales normales van a ofrecer un criterio
para prever, desde el punto de vista termodinámico,
la tendencia a realizarse la reacción
El agua se autoioniza: H2O → H+ + OH-
H+ (M = 1) + e- → 1/2 H2 Eº (P = 1 atm, T = 25ºC) = 0.00 V
Son en su mayoría reacciones de oxidación-reducción
Metales cuyo potencial sea negativo son más reductores que H2
Metales cuyo potencial sea positivo son más oxidantes que H2
De acuerdo con el convenio de signos
SERIE ELECTROQUÍMICA
Al3+ + 3e-→ Al -1.662
Mn2 + 2e- Mn -1.180
Zn2+ + 2e-→ Zn -0.762
Cr3+ + 3e- → Cr -0.744
Cd2+ + 2e-→ Cd -0.403
H+ + e- → 1/2 H2 0.000
Eº(V)
Cabe señalar que, aunque el anión H- sólo existe en compuestos/cristales iónicos, con
las limitaciones indicadas, no es estable en medio acuoso porque se forma H2
H- (ac) → 1/2 H2 (g) + e- Eº = +2.25 V
H+ (ac) + e- → 1/2 H2 (g) Eº = 0.00 V
H- (ac) + H+ (ac) → H2 (g) Eº = 2.25 V
Experimentalmente se observa porque existe un burbujeo de H2
Elevado poder reductor
G = -nFEº
Por esta causa los hidruros de los metales alcalinos y alcalinotérreos reaccionan con el agua con desprendimiento de hidrógeno y formación del hidróxido del metal
1/2 H2 (g) + e- → H- (ac) Eº = -2.25 V
Elevado poder reductor por lo
que se produce la reacción
Gº 0, espontánea, la reacción transcurre
en el sentido en el que se escribe
NaH → Na+ + H-
H2O → OH- + H+
H2 ///// Experimentalmente se
observa un burbujeo de hidrógeno
Formación del hidróxido del metal
Los hidruros de los metales alcalinos y alcalinotérreos reaccionan con el agua con desprendimiento de hidrógeno y formación del hidróxido del metal
Eº(Na+/Na) = -2.71 V
Na (s)→ Na+ (ac) + e- Eº = 2.71 V
H+(ac) + e- → 1/2H2 (g) Eº = 0.000 V
Na(s) + H+ (ac) → Na+
(ac) + 1/2 H2 (g) Eº = 2.71 V > 0 Gº = -nFEº
Gº 0, espontánea, la reacción transcurre en el sentido en el que se escribe
Todos los metales con un potencial más negativo que el
hidrógeno en medio ácido son más reductores
y se oxidan al tiempo que se desprende hidrógeno molecular
Zn (s) → Zn2+ (ac) + 2e- Eº = 0.762 V
2H+(ac) + 2e- → H2 (g) Eº = 0.000 V
Zn(s) + 2H+ (ac) → Zn2+
(ac) + H2(g) Eº = 0.762 V > 0 Gº = -nFEº
Eº(Zn2+/Zn) = -0.762 V
Gº 0, espontánea, la reacción transcurre
en el sentido en el que se escribe
Todos los metales con un potencial más positivo que el hidrógeno en medio ácido son más oxidantes
y se reducen oxidando el hidrógeno molecular a la especie H+
Pd2+(ac) + 2e → Pd (s) Eº = +0.987 V
H2 (g) → 2H+(ac) + 2e- Eº = 0.000 V
Pd2+ (ac) + H2 (g) → Pd (s) + 2H+
(g) Eº = 0.987 V > 0
Gº = -nFEº
Eº(Pd2+/Pd) = + 0.987 V
Gº 0, espontánea, la reacción transcurre
en el sentido en el que se escribe
El poder reductor del hidrógeno en medio acuoso varía con la concentración de [H+]
de acuerdo con la ecuación de Nernst:
E = Eº - RT Ln K
H+ (M = 1) + e- → 1/2 H2
nF
K = [H2]1/2 / [H+]
Medio ácido H+ ( M= 1) + e- → 1/2 H2 Eº = 0.000 V
Medio neutro H+ (M = 10-7 ) + e- → 1/2 H2 Eº = - 0.414 V
Medio básico H+ (M = 10-14) + e- → 1/2 H2 Eº = - 0.830 V
El poder reductor aumenta al disminuir la concentración de [H+] o al incrementarse el valor del pH:
En ocasiones, reacciones que son previsibles desde el punto de vista termodinámico son tan lentas que
prácticamente no se producen:
Burbujeo de H2 en una disolución de KMnO4 que se encuentra acidulada con H2SO4
Hidrógeno naciente H + H Este hidrógeno atómico, producido in situ, reacciona rápidamente ya que no existeel obstáculo del enlace H-H
H+ + e- → H Eº = -2.10 V
G = -nFEo
MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O Eº = 1.52 V
5 (1/2 H2 → H+ + e-) Eº = 0.00 V
MnO4- + 5/2H2 + 3H+ → Mn2+ + 4H2O Eº = 1.52 V
En cambio, la reacción transcurre con rapidez cuando se agrega Zn (M):
Zn + 2H+ → Zn2+ + H2
Gº 0, espontánea, la reacción transcurre en el sentido en el que se escribe
Mayor parte: Hidrosfera.Océanos y aguas continentales
combinado con el oxígeno
Atmósfera
Vapor de agua libre en las capas altas
por su baja densidad = 0.089 g /cm3
Difunde fácilmente v = 11.2 103 m/s
Litosfera
Componente de las rocas yacimientos de gas natural.
Libre entre gases procedentes de emanaciones volcánicas.
Libre
Escaso: 0.003% de la masa terrestre
55% de la masa del sol
Elemento muy abundante en el cosmos
/Tercer elemento en abundancia después del O y SiCombinado
Con agua 80% superficie terrestre
70 % cuerpo humano
Compuestos orgánicos como ligando
Combustibles fósiles , petróleo, gas natural
Estratosfera en forma atómica//radiación UV procedente de los rayos solares no filtrados