El hidrógeno: propiedades, reactividad, obtención, usos
En esta presentación se explican las propiedades del hidrógeno y se da cuenta de su importancia industrial, por ejemplo para la fabricación de dos compuestos muy utilizados como el amoniaco y el ácido clorhídrico. Se resumen los métodos de obtención de este gas (electrolisis, gas de síntesis…) y sus usos (además de los mencionados, el refinado del petróleo, la obtención de grasas saturadas y de metanol…). También se habla de su reactividad (formación de hidruros y reducción de óxidos).
Los metales alcalinos; sus propiedades y reactividad
En esta presentación se explican las propiedades de los metales alcalinos. Dentro de ella, un vídeo muestra su alta reactividad con el agua. Se mencionan sus métodos de obtención (particularmente de sus sales fundidas) y sus compuestos más importantes (óxidos, peróxidos, superóxidos, hidróxidos y carbonatos. Se resumen los dos procesos clásicos más importantes para la obtención del carbonato sódico: el Solvay y el Leblanc.
Los metales alcalinotérreos: propiedades y reactividad
En esta preparación se hace un somero repaso a las propiedades de los metales alcalinotérreos, así como a su obtención, reactividad y usos. Se resaltan las características más peculiares del berilio, el magnesio, el calcio, el estroncio, el bario y el radio. Se destacan entre sus compuestos importantes sus óxidos, sus carbonatos y sus sulfatos. Como curiosidad, se explica la formación natural de estalactitas y estalagmitas.
6. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• Muy abundante en
el Universo (75 %
de la materia
visible; más del
90% en número de
átomos)
• En las estrellas: en
forma de plasma
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8. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• En la Tierra: poco
en estado
elemental, pero sí
integrando agua,
combustibles
fósiles, materia
viva, compuestos
orgánicos…
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10. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
La reacción de
disociación tiende
a transcurrir en
sentido contrario
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11. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
• poca reactividad (reacciona difícilmente con N2)
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12. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• …excepto con O2
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
• poca reactividad (reacciona difícilmente con N2)
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13. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• …excepto con O2
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
• poca reactividad (reacciona difícilmente con N2)
Zeppelin
Hindenburg, de
H2, que estalló al
intentar aterrizar
el 6 de mayo de
1937 en EE.UU.
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14. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• …excepto con O2
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
• poca reactividad (reacciona difícilmente con N2)
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15. HIDRÓGENO
PROPIEDADES
• …excepto con O2
• H2: muy estable:
• alta energía de disociación: H2 2H
• poca reactividad (reacciona difícilmente con N2)
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Las cabinas de pasajeros
estaban en el interior de
la estructura
20. PROPIEDADES
• Electronegatividad media
• iones positivos: H+ (sobre todo en disolución acuosa, donde se solvatan)
HCl
covalente
HIDRÓGENO
El HCl gaseoso es
covalente, pero en
disolución acuosa
produce iones H+
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21. PROPIEDADES
• Electronegatividad media
• iones positivos: H+ (sobre todo en disolución acuosa, donde se solvatan)
HCl
covalente
HIDRÓGENO
Factoría de ácido
clorhídrico
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22. PROPIEDADES
• Electronegatividad media
• iones positivos: H+ (sobre todo en disolución acuosa, donde se solvatan)
• iones negativos: H– (en los hidruros iónicos)
HCl
covalente
HIDRÓGENO
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23. PROPIEDADES
• Electronegatividad media
• iones positivos: H+ (sobre todo en disolución acuosa, donde se solvatan)
• iones negativos: H– (en los hidruros iónicos)
NaH HCl
covalente
HIDRÓGENO
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24. PROPIEDADES
• Electronegatividad media
• iones positivos: H+ (sobre todo en disolución acuosa, donde se solvatan)
• iones negativos: H– (en los hidruros iónicos)
NaH iónico HCl
covalente
HIDRÓGENO
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28. PROPIEDADES
• Forma enlaces de hidrógeno
HIDRÓGENO
Los enlaces de H en
biomoléculas son
fundamentales en su
funcionalidad
bioquímica
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29. PROPIEDADES
• Soluble en diversos metales y en compuestos que poseen tierras raras y metales
de transición
HIDRÓGENO
La solubilidad del hidrógeno
en los metales está
influenciada por las
distorsiones locales o
impurezas en la estructura
cristalina del metal
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33. PROPIEDADES
• Tres isótopos
HIDRÓGENO
En 2001 fue creado en laboratorio el isótopo 4H y, a partir de 2003,
se sintetizaron los isótopos 5H hasta 7H
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34. PROPIEDADES
• Tres isótopos
D2: más alta energía de enlace que H2 y más alta energía de enlace
en sus uniones con los demás elementos (efecto isotópico cinético)
HIDRÓGENO
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35. PROPIEDADES
• Agua pesada: se difunde muy lentamente por las membranas
HIDRÓGENO
Un compuesto importante
de deuterio: el agua
deuterada o pesada (D2O)
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37. PROPIEDADES
• Papel fundamental en la química ácido-base
• Su estudio fue fundamental en el desarrollo de la Mecánica Cuántica por ser el
único átomo neutro para el que se puede resolver analíticamente la ecuación de
Schrödinger
HIDRÓGENO
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42. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
3H2 + N2 D 2NH3
Reactor de producción de
amoniaco a altas presiones
y temperaturas moderadas
por el procedimiento de
Haber-Bosch
Formación de hidruros
Covalentes
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45. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
3H2 + N2 D 2NH3
2H2 + O2 D 2H2O
Na + ½ H2 D NaH ( + H2O H2 )
Formación de hidruros
Covalentes
Iónicos
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46. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
3H2 + N2 D 2NH3
2H2 + O2 D 2H2O
Formación de hidruros
Covalentes
Iónicos
Metálicos o
intersticiales
Na + ½ H2 D NaH ( + H2O H2 )
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47. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
Covalentes
3H2 + N2 D 2NH3
2H2 + O2 D 2H2O
Iónicos
Metálicos o
intersticiales
Formación de hidruros
Na + ½ H2 D NaH ( + H2O H2 )
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El hidrógeno entra con facilidad en
los intersticios de las estructuras
cristalinas de algunos metales
50. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
WO4 + 4H2 W + 4H2O
Jöns Jacob Berzelius
Descubridor de
esta reacción
Reducción de óxidos
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51. HIDRÓGENO
REACTIVIDAD
WO4 + 4H2 W + 4H2O
Fausto y Juan José Elhúyar
Jöns Jacob Berzelius
WO4 + 2C W + 2CO2
Descubridores del W
(1783) mediante otra
reacción de reducción
Reducción de óxidos
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54. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
El gas de agua es una mezcla
de CO y H2. Se puede
producir por este método…
Reacción del gas de agua
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55. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
pero el usual es este otro
Reacción del gas de agua
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58. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
De esta mezcla se aísla el H2
Reacción del gas de agua
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59. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
Una antigua instalación de
producción de gas de agua
(o “gas de síntesis”)
Reacción del gas de agua
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60. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
Reacción del gas de agua
Electrolisis
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61. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
2H2O 2H2 + O2
Reacción del gas de agua
Electrolisis
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62. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
2H2O 2H2 + O2
Producción
electrolítica
de H2 y O2
Reacción del gas de agua
Electrolisis
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63. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
2H2O 2H2 + O2
Reacción del gas de agua
Metal + ácido
Electrolisis
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64. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
Electrolisis
2H2O 2H2 + O2
Metal + ácido
M + 2H+ M+ + H2
Reacción del gas de agua
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65. HIDRÓGENO
PREPARACIÓN
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
gas de agua
H2O
CO2 + H2
Electrolisis
2H2O 2H2 + O2
Metal + ácido
M + 2H+ M+ + H2
Reacción del gas de agua
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Hay muy variadas formas
de obtener hidrógeno
67. HIDRÓGENO
USOS
Producción de energía
pila de combustible
En las pilas de combustible se hace
reaccionar H2 con O2 de tal modo
que se obtiene corriente eléctrica
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76. HIDRÓGENO
USOS
N2 + 3H2 2NH3
Refinado de petróleo
Producción de energía
Obtención de amoniaco
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Hidrocraqueo
El craqueo es un proceso industrial para fracturar
moléculas grandes y obtener productos
moleculares más pequeños. El hidrocraqueo es
un craqueo catalítico con hidrógeno
79. HIDRÓGENO
USOS
N2 + 3H2 2NH3
Obtención de grasas saturadas
Producción de energía
Obtención de amoniaco
Refinado de petróleo
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Hidrocraqueo Con hidrógeno se
pueden saturar
grasas, es decir,
convertir sus dobles
enlaces en sencillos
por reacciones de
adición
80. HIDRÓGENO
USOS
N2 + 3H2 2NH3
Obtención de metanol
Producción de energía
Obtención de amoniaco
Refinado de petróleo
Obtención de grasas saturadas
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Hidrocraqueo
CO + 2H2 CH3OH
81. HIDRÓGENO
USOS
N2 + 3H2 2NH3
Cl2 + H2 HCl
Producción de energía
Obtención de amoniaco
Refinado de petróleo
Obtención de grasas saturadas
Obtención de metanol
Obtención de HCl triplenlace.com
CO + 2H2 CH3OH
Hidrocraqueo
87. ALCALINOS
PROPIEDADES
• Baja energía de ionización muy reductores: M M+
• Al bajar en el grupo aumenta el radio
• Puntos de fusión y ebullición bajos (disminuyen al bajar en
el grupo)
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93. ALCALINOS
PROPIEDADES
Sodio
El sodio hay que
conservarlo
sumergido en
aceite de parafina
porque es muy
reactivo con el
oxígeno y la
humedad del aire (a
pesar de la
protección esta
muestra se ha
recubierto de una
pátina de NaOH)
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94. ALCALINOS
PROPIEDADES
Sodio
• Carbonato sódico: industria del vidrio
• Sulfato sódico: industria del papel
• Hidróxido sódico
• Sodio: lámparas, reductor para obtener metales
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109. ALCALINOS
REACTIVIDAD
2Na + Cl2 2NaCl
halita
Li + O2 Li2O / Li2O2
El litio tiende a
oxidarse como Li2O
(óxido)
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
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110. ALCALINOS
REACTIVIDAD
2Na + Cl2 2NaCl
halita
Na + O2 Na2O / Na2O2
El sodio da mejor el
peróxido
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
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111. ALCALINOS
REACTIVIDAD
2Na + Cl2 2NaCl
halita
K + O2 KO2
Y el potasio, el
superóxido
Na + O2 Na2O / Na2O2
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
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112. ALCALINOS
REACTIVIDAD
halita
2M2O2 + 2CO2 2M2CO3 + O2
generadores de oxígeno
Los tres óxidos se emplean
para producir oxígeno
2Na + Cl2 2NaCl
K + O2 KO2
Na + O2 Na2O / Na2O2
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
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113. ALCALINOS
REACTIVIDAD
halita
generadores de oxígeno
Formación de hidróxidos
2Na + Cl2 2NaCl
K + O2 KO2
Na + O2 Na2O / Na2O2
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
2M2O2 + 2CO2 2M2CO3 + O2
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114. ALCALINOS
REACTIVIDAD
halita
generadores de oxígeno
Metal + H2O Hidróxido + H2
Formación de hidróxidos
2Na + Cl2 2NaCl
K + O2 KO2
Na + O2 Na2O / Na2O2
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
2M2O2 + 2CO2 2M2CO3 + O2
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115. ALCALINOS
REACTIVIDAD
halita
generadores de oxígeno
Metal + H2O Hidróxido + H2
Formación de hidróxidos
Estas reacciones son muy vigorosas,
como se muestra en este vídeo
2Na + Cl2 2NaCl
K + O2 KO2
Na + O2 Na2O / Na2O2
Li + O2 Li2O / Li2O2
Haluros alcalinos
Óxidos, peróxidos y superóxidos
2M2O2 + 2CO2 2M2CO3 + O2
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125. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
Carbonatos
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2 KOH + CO2 K2CO3 + H2O
El kalipatrone era un
sistema empleado en la II
GM para evitar el exceso
de CO2 en los submarinos
126. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
La sosa cáustica en “lentejas” se
carbonata con facilidad (se forma
carbonato sódico en la superficie)
Carbonatos
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127. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
Carbonato sódico
Las disoluciones acuosas
de Na2CO3 son alcalinas
Carbonatos
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Vidrio, textil, jabón y papel
128. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
Carbonato sódico
El Na2CO3 es un compuesto muy
importante en la industria. Existen dos
métodos clásicos para producirlo
Carbonatos
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Vidrio, textil, jabón y papel
129. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
(disoluciones alcalinas)
Método Solvay
Carbonato sódico
En el método Solvay
se parte de NaCl y
CaCO3; además de
Na2CO3 se obtiene
CaCl2
Carbonatos
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2 NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2
130. ALCALINOS
REACTIVIDAD
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
(disoluciones alcalinas)
Método Solvay
Carbonato sódico
Se trata de un proceso
cíclico en el que
algunos subproductos
se recirculan
Carbonatos
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2 NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2
131. ALCALINOS
REACTIVIDAD
Carbonato sódico
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
Método Solvay
Lo desarrolló Ernest
Solvay, que fue
también famoso por
convocar conferencias
en las que reunía a los
más importantes
científicos del mundo
Carbonatos
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133. ALCALINOS
REACTIVIDAD
Carbonato sódico
Método Leblanc
H2SO4 + NaCl HCl + Na2SO4
Na2SO4 + Na2CO3 + 2C
Na2CO3 + CaS + 2CO2
Antes del método
Solvay, el que más
se empleaba era el
de Nicolas Leblanc
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
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136. ALCALINOS
PREPARACIÓN
Para Li y Na (de sus sales fundidas):
Humphry Davy descubrió Li, Na y K por
electrolisis (y también obtuvo Mg, Ba, Sr,
Ca, B y Cl). En su laboratorio trabajaba como
ayudante Michael Faraday
Electrolisis
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139. ALCALINOS
PREPARACIÓN
De sales fundidas.
K (con Na):
KCl(l) + Na(l) NaCl(l) + K(g)
Para Li y Na (de sus sales fundidas):
2MX 2M + X2
Reducción
Electrolisis
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140. ALCALINOS
PREPARACIÓN
De sales fundidas.
K (con Na):
KCl(l) + Na(l) NaCl(l) + K(g)
Rb y Cs (con Ca):
Para Li y Na (de sus sales fundidas):
2MX 2M + X2
Reducción
Electrolisis
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141. ALCALINOS
PREPARACIÓN
De sales fundidas.
K (con Na):
KCl(l) + Na(l) NaCl(l) + K(g)
Rb y Cs (con Ca):
RbCl(l) + Ca(l) CaCl2(l) + Rb(g)
CsCl(l) + Ca(l) CaCl2(l) + Cs(g)
Para Li y Na (de sus sales fundidas):
2MX 2M + X2
Reducción
Electrolisis
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147. ALCALINOTÉRREOS
PROPIEDADES
• Los más abundantes: Ca y Mg
• El berilio, distinto
• Más densos, duros y más alto p. f. que los alcalinos
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148. ALCALINOTÉRREOS
PROPIEDADES
• Los más abundantes: Ca y Mg
• El berilio, distinto
• Más densos, duros y más alto p. f. que los alcalinos
• Casi tan reactivos como los alcalinos
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149. ALCALINOTÉRREOS
PROPIEDADES
• Los más abundantes: Ca y Mg
• El berilio, distinto
• Más densos, duros y más alto p. f. que los alcalinos
• Casi tan reactivos como los alcalinos
• Bastante reductores: M M2+
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150. ALCALINOTÉRREOS
PROPIEDADES
• Los más abundantes: Ca y Mg
• El berilio, distinto
• Más densos, duros y más alto p. f. que los alcalinos
• Casi tan reactivos como los alcalinos
• Bastante reductores: M M2+
• Dan colores a la llama
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151. ALCALINOTÉRREOS
PROPIEDADES
• Los más abundantes: Ca y Mg
• El berilio, distinto
• Más densos, duros y más alto p. f. que los alcalinos
• Casi tan reactivos como los alcalinos
• Bastante reductores: M M2+
• Dan colores a la llama
• Observan periodicidad diagonal (Li-Mg, B-Al, B-Si…)
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153. PROPIEDADES
Berilio
• Forma berilatos (BeO2
2-)
• Forma aleaciones ligeras (muelles…)
• En equipos de rayos X y componentes de reactores nucleares (no
absorbe RX ni neutrones)
• Tóxico (cancerígeno)
ALCALINOTÉRREOS
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155. PROPIEDADES
Magnesio
• Se obtiene del agua del mar
• Se usa como reductor
• Y en aleaciones ligeras
• Fuegos artificiales
ALCALINOTÉRREOS
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156. PROPIEDADES
Magnesio
• Se obtiene del agua del mar
• Se usa como reductor
• Y en aleaciones ligeras
• Fuegos artificiales
ALCALINOTÉRREOS
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171. REACTIVIDAD
M + Cl2 MCl2 (tienden a hidratarse)
2M + O2 2MO (Poco solubles; disoluciones alcalinas)
Para Ca, Sr y Ba:
Hidróxidos
ALCALINOTÉRREOS
Haluros
Óxidos
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172. REACTIVIDAD
M + Cl2 MCl2 (tienden a hidratarse)
2M + O2 2MO (Poco solubles; disoluciones alcalinas)
Para Ca, Sr y Ba:
Metal + H2O Hidróxido + H2
ALCALINOTÉRREOS
Haluros
Óxidos
Hidróxidos
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175. COMPUESTOS
MO + H2O M(OH)2
CO2
MCO3
ALCALINOTÉRREOS
Hidróxidos
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176. COMPUESTOS
MO + H2O M(OH)2
CO2
MCO3
Mortero de cal =
cal viva + H2O + CO2 + arena
ALCALINOTÉRREOS
Hidróxidos
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Mortero de cal =
CaO + H2O + SiO2 + CO2
Esta es la base del funcionamiento del mortero de cal. El CaO se
hidrata para producir Ca(OH)2, que se mezcla con arena. El CO2 del
ambiente reacciona lentamente con ale Ca(OH)2 para dar CaCO3
179. (Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato Óxido + CO2
Δ
ALCALINOTÉRREOS
COMPUESTOS
Carbonatos
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Clásica reacción de los carbonatos: con
calor se descomponen en el oxido y CO2
180. (Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
MCO3 + 2HA H2O + CO2 + MA2
Óxido + CO2
Δ
ALCALINOTÉRREOS
COMPUESTOS
Carbonatos
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181. Carbonatos
(Óxido-Hidróxido) + CO2 Carbonato
• papel
• baldosas
• antiácido
MCO3 + 2HA H2O + CO2 + MA2
Óxido + CO2
Δ
ALCALINOTÉRREOS
CaCO3
COMPUESTOS
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CaCO3 natural
(piedra caliza).
Tiene muchos
usos (como los
indicados)
184. CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
ALCALINOTÉRREOS
COMPUESTOS
El carbonato cálcico (caliza)
de una cueva se va
disolviendo poco a poco al
reaccionar con el CO2 y H2O
atmosféricos que penetran
en la cavidad, ya que se
forma bicarbonato cálcico,
que es soluble
Carbonatos
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185. ALCALINOTÉRREOS
COMPUESTOS
Pero este bicarbonato tiende a
precipitar de nuevo como
carbonato cuando la gota se va
secando (al retirarse agua, el
equilibrio se desplaza hacia la
izquierda, como predice el
principio de Le Châtelier)
CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
Carbonatos
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190. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
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191. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
MX2 M + X2
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
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192. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
MX2 M + X2
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
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Antigua publicidad del
Mg que destacaba su
baja densidad
193. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
MX2 M + X2
Reducción
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
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194. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
MX2 M + X2
Be (con Mg)
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
Reducción
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195. PREPARACIÓN
Para Mg, Ca y Sr (de sus sales fundidas):
MX2 M + X2
Be (con Mg)
Ca, Sr y Ba (con Al)
ALCALINOTÉRREOS
Electrolisis
Reducción
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196. Resúmenes de Química Inorgánica Descriptiva
01 – Hidrógeno, metales alcalinos y alcalinotérreos
02 – Familias del boro y el carbono
03 – Familias del nitrógeno y el oxígeno
04 – Halógenos y gases nobles
05 – Metales de transición y compuestos de coordinación
06 – Elementos radiactivos
197. Más teoría, ejercicios y prácticas de
Química General, Química Inorgánica Básica,
Química Orgánica Básica, Química Física,
Técnicas Instrumentales…
en
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