HIDRÓGENO E HIDRURO. Eslava de Jesús Sandra Salazar Hernández Jenifer Hidrógeno: Historia de su descubrimiento y presencia en la naturaleza. Posición en la Tabla Periódica. El puente de hidrógeno. Hidruros: Clasificación e ideas generales en cuanto a su estabilidad. Comportamiento ácido- base (Bronsted/Lewis)
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HIDRÓGENO E HIDRURO. Eslava de Jesús Sandra
Salazar Hernández Jenifer
Hidrógeno: Historia de su descubrimiento y
presencia en la naturaleza. Posición en la Tabla
Periódica. El puente de hidrógeno.
Hidruros: Clasificación e ideas generales en
cuanto a su estabilidad. Comportamiento ácido-
base (Bronsted/Lewis)
Historia de su descubrimiento
Siglo XVI: Paracelso observó un aire inflamable al hacer
reaccionar ácido sobre hierro.
1671: New experiments touching the relation betwixt
flame and air de Robert Boyle definió inflammable solution of
Mars, de la reacción entre hierro ácidos diluidos.
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1766: Henry Cavendish (1731-1810): aisló el hidrogeno recogiéndolo sobre mercurio,
describiéndolo como inflammable air from metals.
Lavoisier dio el nombre hidro-geno: arde en presencia de oxigeno para formar agua.
New System of Chemical Philosophy (1808): John Dalton
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Presencia en la naturaleza
El hidrógeno es el elemento más
abundante en el Universo.
92% materia conocida
10° elemento más abundante en
la corteza terrestre.
*80% superficie del planeta
como agua
*70% cuerpo humano
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Se puede encontrar en la
estratosfera en forma atómica.
El hidrógeno elemental se
presenta en H2
Sistema de almacenamiento
de energía
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Isótopos del Hidrógeno
2 isótopos estables y uno
radioactivo
Abundancia natural:
99.04%.
Spin nuclear: 1/23
Abundancia: 0.0115%
Spin: 1
Vida media: 12.26 años
Abundancia: 710-16 %
Decae a He-3
Reacciones de formación de tritio
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El hidrógeno presenta isótopos con
mayor diferencia en cuanto a
propiedades físicas.
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La energía de los enlaces E-D y E-T son
ligeramente mayores que las del enlace E-H
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A las diferencias en las propiedades físicas y químicas que
surgen como consecuencia de la diferente masa atómica
que presentan los isótopos de un elemento se denomina
efecto isotópico.
Consecuencias:
H2 es adsorbido mas rápidamente por superficies que el
D2
H2 reacciona 13 veces mas rápido con el Cl2 que el D2
Las reacciones que involucran enlaces C-H son 7 veces
mas lentas cuando el protio se remplaza por deuterio.
La oxidación del EtOH es 6 veces mas rápida que la de
EtOD.
El D2O (agua pesada) altera las velocidades de reacción
de las reacciones bioquímicas. 9
Agua pesada
Óxido de deuterio: se obtiene por electrolisis de agua.
H2 se libera mas rápido que D2
-El enlace O-H es mas débil que el O-D
-La difusión del óxido de deuterio es menor que la del agua.
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Posición del hidrógeno en la tabla periódica
Configuración electrónica H 1s1
Grupo de alcalinos A favor: -único electrón en s, que puede perder con facilidad para formar H+ En contra: -es un no metal, no reacciona con agua
Grupo halógenos: A favor: -es un no metal; molécula diatómica. En contra: -raramente forma H-; poco reactivo
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Comportamiento Químico
Disponibilidad de un electrón en su única capa
Perdida y ganancia de electrón: H3O+, H-
Compartición de electrón por enlace covalente
Enlaces por dos electrones a tres centros
Hidruros intersticiales con metales de transición
Enlace por puente de hidrógeno
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DIHIDRÓGENO
Síntesis, reactividad y usos comerciales
• Elevada entalpía de enlace: 436 kJ/mol
• Longitud de enlace corta: 0.7 Å
• Fuerzas intermoleculares débiles
• A 1 atm condensa a 20 K
• Insoluble en agua
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Métodos de preparación
Reducir H3O+ (ácidos y agua)
ácido+ metal→sal+H2(g)
agua+ metal→ hidróxido/oxido+H2(g)
Oxidar H- (hidruros salinos)
hidruro salino+agua→hidróxidó+H2(g)
De manera industrial: proceso catalítico de reformado del vapor de
hidrocarburos
CH4(g)+2H2O(g)→CO2(g) +4H 2(g)
Electrolisis H2O
-Medio ácido:
2H+ +2e-→H2
H2O→1/2 O2 +2H+ +2e
-Medio alcalino:
2OH-→H2O +1/2 O2(g) +2e-
2Na++2e-→2Na 15
Reactividad Dihidrógeno
Energía de enlace H-H 364 kJ/mol
1. Activación de la molécula por
disociación heterolítica u homolítica
2. Reacción radicalaria
3. Disociación a altas temperaturas en
un arco eléctrico o bajo luz ultravioleta
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Quimisorción y Fisisorción
Adsorción: atracción que ejercen los átomos situados en la superficie de un sólido, permite que
pequeñas moléculas (como H2) pueden ser atraídas por los átomos de la superficie formando capas
moleculares.
-Fisiadsorción: no se forman enlaces entre los átomos de la superficie y la sustancia adsorbida.
-Quimiadsorción: se forman enlaces químicos
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Reactividad con halógenos
Reactividad con el dioxígeno
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Reacción explosiva
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Usos comerciales relevantes del hidrógeno
Fijación industrial del nitrógeno
Producción de metanol
Hidrogenación de compuestos orgánicos
insaturados
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Reducción de menas metálicas
producción de ácido clorhídrico
Como gas licuado
Como combustible ΔH=-286 kJ/mol
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Enlace de Hidrógeno
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Anormalmente altas propiedades
macroscópicas (densidad, viscosidad, presión
de vapor, carácter ácido-base).
Altos puntos de fusión y ebullición.
Pesos moleculares elevados.
Frecuencias IR de O-H y N-H bajan.
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Ejemplos de enlace de hidrógeno
Agua -Enlace de hidrógeno direccional
-Hielo menos denso que el agua.
-Elevada conductividad eléctrica de
soluciones de H3O+
o OH-
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Fluoruro de hidrógeno HF
Aspectos biológicos del enlace de hidrogeno: -Estabilidad de compuestos orgánicos por enlace C-H -DNA y RNA mantienen sus estructuras secundarias y terciarias
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HIDRUROS
La molécula de hidrógeno no es particularmente
reactiva.
o Elevada energía de enlace 436.4 kJ/mol.
El hidrógeno puede combinarse con la mayor
parte de los elementos de la tabla periódica.
o Excepciones: gases nobles, In y Tl.
A los compuestos binarios se les denomina
genéricamente: Hidruros
o De acuerdo a la IUPAC se aplica el término en
compuestos del tipo HnAm donde A es menos
electronegativo que el H.
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Criterio de clasificación
Dependiendo de la electronegatividad relativa de
A y H, el H puede soportar una carga formal bien
positiva Aδ+–Hδ+ o bien negativa Aδ+–Hδ-, hasta
compuestos claramente iónicos A+H-.
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Clasificación
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Por su carácter ácido-base.
Los hidruros de los elementos más
electronegativos presentan carácter ácido
mientras que los elementos menos
electronegativos forman hidruros de carácter
básico:
HCl(g) + H2O(l) → H3O+
(ac) + Cl-(ac)
NaH(s) + H2O(l) → H2(g) + Na+(ac) + OH-
(ac)
Por su carácter redox.
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Estabilidad
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Métodos generales de obtención
Combinación directa de los elementos
2E + H2(g) → 2EH
2Li(l) + H2(g) → 2LiH(s)
Protonación de una base de Brönsted
E- + H2O(l) → EH + OH
Na2S(s) + 2H2O(l) → H2S(g) + 2NaOH(ac)
Metátesis (doble desplazamiento)
E+H
- + EX → E
+X
- + EH
4NaH + SiCl4 → SiH4 + 4NaCl
Formación de hidruros complejos
2NaH + (BH3)2 → 2Na+[BH4]-
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HIDRUROS IÓNICOS O SALINOS
Sólo se forman con los metales más electropositivos.
MÉTODOS DE OBTENCIÓN
Grupo 1
Se obtiene por reacción directa a partir de los elementos a