reactividad Abundancia (nucleogénesis) HIDRÓGENO Propiedades Propiedades iones y estructura Propiedades nucleares Aplicaciones: Síntesis

Transcripción

1 HIDRÓGENO Atómico reactividad Molecular Propiedades iones Efectos isotópicos Propiedades nucleares RMN / IR o-h 2 y p-h 2 OM Propiedades y estructura Síntesis Laboratorio industrial Compuestos más importantes (Hidruros) Abundancia (nucleogénesis) Aplicaciones: - Celdas de combustible - Refinamiento petróleo - Combustibles - Refinamieto de una mena metálica - Hidrogenación -- materia prima proceso Haber

2 Hidrógeno Nombre Hidrógeno Número atómico 1 Valencia 1 Estado de oxidación +1;0; -1 Electronegatividad 2,1 Radio covalente (Å) 0,37 Radio aniónico (Å) 1,5-2,1 Radio atómico (Å) 0,5 Radio de van der Waals (Å) 1,20 Configuración electrónica 1s 1 Primer potencial de ionización (ev) 13,65 Energía de hidratación (kcal-mol) -268 Masa atómica (g/mol) 1,00797 Densidad (g/ml) 0,071 Punto de ebullición (ºC) -252,7 Punto de fusión (ºC) -259,2 Descubridor Boyle en 1671

3 Existen 3 isótopos del hidrógeno: protio: 1 1H (masa 1) se encuentra en más del 99.98% del elemento natural deuterio: D= 2 1H (masa 2) se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02% tritio: T= 3 1H (masa 3) aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza (<1 en ), pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares (T media = 12,3 años) [Orto-H 2 ]= 3 [para-h 2 ] a T ambiente (espín nuclear)

4 Estructura de la molécula (OM) σ u 1s σ u 1s E E - - E + E + σ g 1s σ g 1s E + -E 1s < E - -E 1s Configuración electrónica del estado fundamental del H 2 : (σ g 1s) 2 o (1σ g ) 2

5 2H H 2 H + + H - H (g) H + (g) + e - I= 1312 kj/mol H - (g) H o (g) + e - Ae= 77 kj/mol H + (g) + nh 2 O H 3 O + (ac) H h = kj/mol

6 Hidruros Salinos H 2 covalentes Me intersticiales intermedios

7 Puente hidrógeno: hidruros

8 Me + H 2 O H + Electrólisis de sales, Ácidos o bases acuosas HO -

9 Electrólisis Biomasa: - Gasificación. - Pirólisis. Ciclos termoquímicos Fotoelectrólisis: - Directa. - Indirecta. Hidrógeno Combustibles fósiles: Hidrocarburos: - Reformado - Oxidación parcial Carbón: - Gasificación Producción fotobiológica Otros?

10 * A partir de hidrocarburos: Reformado con vapor: el hidrocarburo es tratado con vapor de agua a temperaturas entre 700 y 1100 ºC. El proceso se realiza en dos fases: 1ª fase: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 2ª fase: CO + H 2 O CO 2 + H 2 Oxidación n parcial: reacción de combustión entre 1300 y 1500 ºC 1,4CH + 0,3 H 2 O + 0,4 O 2 0,9 CO + 0,1 CO 2 + H 2. * A partir del agua: Electrólisis: lisis: proceso mucho más caro que el reformado con vapor. Produce hidrógeno de gran pureza, que se utiliza en la industria electrónica, farmacéutica o alimentaria. Carbón 18% electrólisis 4% petróleo 30% Gas natural 48% Hoy en día aproximadamente el 96% del hidrógeno se obtiene a partir de combustibles fósiles.

11 Aplicaciones Convencionales del Hidrógeno Refinerías Industria alimenticia Síntesis de amoníaco Obtención de peróxido de hidrógeno Industrias: farmacéutica de la química fina electrónica Gas de Síntesis H 2 + CO (CO 2 ) Mezcla de gran poder reductor Industrias Químicas y Petroquímica Metanol, isocianatos, ácido acético, acetatos Industria Siderúrgica. Hierro esponja Industria del vidrio

12 La celda de combustible es un dispositivo que produce electricidad y agua mediante un proceso inverso a la electrólisis. Electrólisis Electricidad + agua Hidrógeno + Oxígeno Pila de combustible Hidrógeno + Oxígeno Electricidad + agua Estructura típica de una celda de combustible Elementos básicosb de una celda de combustible: Dos electrodos (ánodo y cátodo). Electrolito: sustancia encargada de transportar los iones producidos en las reacciones redox. El electrolito a veces se utiliza acompañado de un catalizador. H 2 y O 2, utilizados como combustible y oxidante respectivamente.

13 Las pilas alcalinas utilizan una solución de hidróxido de potasio en agua como electrolito. Como catalizador se pueden emplear diversos metales no preciosos. Ventajas: Alto rendimiento y eficiencia. Desventajas: Son muy sensibles a la contaminación por CO 2. Menor duración debido a su susceptibilidad a ese tipo de contaminación. Aplicaciones: Aplicaciones: ambientes donde hay contaminación por CO 2 (espacio, fondo del mar). Características: Temperatura: ºC Eficiencia (%): > 50 Potencia: kw

14 Celda de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico Anodo: las moléculas de hidrógeno pierden sus electrones (catalizadores de platino). Los electrones se traspasan al cátodo a través de un circuito externo que produce electricidad. Los iones de hidrógeno pasan al cátodo por la membrana de intercambio protónico, donde se unen con las moléculas de oxígeno y electrones para producir agua. El proceso químico es: Ánodo: 2H 2 --> 4H + + 4e - Cátodo: 4e - + 4H + + O 2 --> 2H 2 O Reacción Completa: 2H 2 + O 2 --> 2H 2 O

15 El motor de hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas más comentadas para los nuevos vehículos no contaminantes. El hidrógeno posee más potencia en relación energía/ peso que cualquier otro combustible, y además produce poca o ninguna contaminación, ya que sólo libera vapor de agua en su combustión. Una celda o célula de combustible es un generador que se basa en procesos químicos para producir energía al combinar el hidrógeno y el oxígeno. La célula de combustible produce corriente eléctrica como una batería, pero al contrario que ésta, nunca se descarga mientras se disponga de combustible en el depósito de hidrógeno. Una célda de combustible es silenciosa, limpia y eficiente, por lo que nos olvidaremos para siempre de los ruidos del motor. El motor eléctrico situado debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, que generan electricidad al mezclar el hidrógeno que contiene el depósito de combustible y el oxígeno del aire. El único residuo que genera esta reacción es vapor de agua.