Li

Na

K

BaCs

Rb Sr

Ca Sc

Y

RfAc

La

Ti

Hf

Zr

V

Nb

SgDb

Ta

Cr

W

Mo

Mn

Tc

HsBh

Re

Fe

Os

Ru

Co

Rh

UunMt

Ir

Ni

Pt

Pd

Be

Cu

Ag

UubUuu

Au

Zn

Hg

Cd

Ga

UuqUut

In

Pb

Sn

P

As

Sb

UuhUup

Bi Po

Te

Cl

Br

I

UuoUus

At Rn

Xe

PaTh

Ce Pr

NpU

Nd Pm

AmPu

Sm Eu

BkCm

Gd Tb

EsCf

Dy Ho

Fr Ra

Al C

ON LiF

Tl

He

MdFm

Er Tm

LrNo

Yb Lu

C

Ge

O

S

Se

He

Ne

Ar

Kr

HBe

Mg

B C

SiSi

Ge

J. ISASI

- Hidrógeno. Carácter singular. Propiedades atómicas: isótopos.

- Enlace en la molécula de hidrógeno.

- Propiedades físicas y químicas del hidrógeno molecular. Orto y para-hidrógeno.

- Disociación del hidrogeno molecular. Tendencia a formar iones.

- Reacciones del hidrogeno: directas y en medio acuoso.

- El hidrogeno en la naturaleza. Abundancia.

- Métodos de obtención de hidrógeno.

- Principales usos del hidrógeno. El hidrógeno como combustible.

➢ Configuración electrónica: 1s1

(un electrón en un orbital s)

➢ Su electronegatividad = 2.1

Intermedia entre la de los metales y la de los no metales

1 protón

1 electrón

Li (0.98 ) // Be (1.57)

O (3.44) // F (3.98)

➢ Pequeño tamaño. Peso atómico = 1.00794 ± 0.00001 u

➢ Bajo número de electrones (1). No tiene ningún electrón interno

➢ El electrón del enlace está expuesto directamente a la acción del núcleo

H+

(con elementos de alta )

El hidrógeno puede actuar

como H―

(con elementos de baja )

Puede formar, por tanto, una gran variedad de compuestos

????

Config. 1s1 Símbolos Masa atómica Abundancia

(uma) relativa (%)

Hidrógeno, H 11H 1.0079 99.9844 *

Deuterio, D 21H 2.0141 0.156

Tritio, T 31H 3.0160 1 en 17

Isótopo radiactivo: vida media 12.5 años

1 protón

1 electrón

1 protón

1 neutrón

1 electrón1 electrón

1 protón

2 neutrones

11H

21H

31H

Por la gran variación relativa de masa * entre los isótopos,

se observa una mayor diferencia en las propiedades físicas y

químicas en relación a las existentes entre

los isótopos de otros elementos

Masa atómica del hidrogeno natural

mezcla de sus isótopos = 1 .0079 umas

Su química está esencialmente referida al 11H,

aunque en algunas aplicaciones el D tiene

también su importancia (agua pesada D2O)

En estado natural el hidrógeno se encuentra en forma molecular H2

H2 : 1s2

E

H H

1s1s +

+ -

H2

1s 1s

+ - 1s

+ - *1s

Enlace covalente

H-H = 0.74 Å Suma de radios covalentes de los átomos

o.e. = 1

H2 = (1s)2

Aparte de H2 (+ abundante), también existen las formas D2, HD, T2, HT y DT, aunque por la pequeña

proporción de T en la naturaleza, el hidrógeno puede considerarse como mezcla de las tres primeras

El hidrógeno presenta una química de elementos

del bloque p, aunque también puede considerarse

como un elemento del bloque s

H2 D2 T2

p.f (K) (P = 1 atm) 13.957 18.73 20.62 (+)

p.e (K) 20.39 23.67 25.04

Hfusión (kJ.mol-1) 0.117 0.197 0.250

Hvaporiz (kJ.mol-1) 0.904 1.226 1.393

Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60

Pcrítica (atm) 12.98 16.43 18.10

Hfoº (kJ.mol-1) -435.88 -443.35 -446.9

denlace ( Å) 0.7414 0.7414 0.7414

p.f. p.e. extremadamente bajos, aunque el He tiene el más bajo, p.e. = 4.22 K

La proporción de moléculas de H2 existentes es muy alta.

Por este motivo, las propiedades del hidrógeno natural van a ser las de H2

H2 D2 T2

p.f. (K) (P = 1 atm) 13.957 18.73 20.62

p.e. (K) 20.39 23.67 25.04

Hfusión (kJ.mol-1) 0.117 0.197 0.250

Hvaporiz (kJ.mol-1) 0.904 1.226 1.393

Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60

Pcrítica (atm) 12.98 16.43 18.10

Hfo (kJ.mol-1) -435.88 - 443.35 -446.9

denlace ( Å) 0.7414 0.7414 0.7414

Muy bajas

➢ Moléculas diatómicas apolares.

➢ Fuerzas intermoleculares muy débiles.

(Fuerzas de dispersión)

Se precisa suministrar una pequeña cantidad

de energía para su vaporización.

➢ Gas en condiciones normales

Tc : temperatura a la cual un gas no puede ser licuado por compresión.

❑ Muy baja → Gas poco denso

Junto con el He, gases menos pesados

PC: define el intervalo en el que se puede transformar en vapor en presencia del líquido.

❑ Es elevada → Gas difícil de licuar

H2 D2 T2

p.f. (K) (P = 1 atm) 13.957 18.73 20.62

p.e. (K) 20.39 23.67 25.04

Hfusión (kJ.mol-1) 0.117 0.197 0.250

Hvaporiz (kJ.mol-1) 0.904 1.226 1.393

Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60

crítica (atm) 12.98 16.43 18.10

Hfo (kJ.mol-1) - 435.88 - 443.35 - 446.9

denlace ( Å) 0.7414 0.7414 0.7414

❑ Hof // Energía desprendida al formarse un mol de compuesto o especie molecular

a partir de los átomos de sus elementos.

Valor negativo y muy alto → Molécula muy estable.

❑ En todas las formas se observa una misma distancia de enlace

H2/1s2 H-H

Átomos de la misma electronegatividad → No hay separación de cargas

dipolar = 0 → H2 Molécula apolar

magnético total de una especie = magnético de los electrones de los átomos constitutivos + magnético del espín nuclear de los átomos constitutivos

magnético electrónico (H2) = 0 → no hay electrones desapareados

Cuando los espines de los núcleos

giran, el núcleo es una carga

puntual en movimiento

:

Espín nuclear, I = 1/2

En ausencia de un campo magnético externo

los espines nucleares se orientan al azar

En la molécula, los dos átomos pueden tener espín nuclear paralelo o antiparalelo:

Orto-hidrógeno Para-hidrógeno

H2 / H-H

En la naturaleza se encuentran las dos formas

de hidrógeno molecular y su proporción va a ser

dependiente de la temperatura

Para―H2 → Orto―H

T (K) % Para―H2 % Orto―H2

20 99.8 0.2

80 48.4 51.6

298 25.1 74.9

> 298 25.0 75.0

Más estable a

altas temperaturas

T bajas T altas

Forma pobre en E Forma rica en E

Por encima de 20 K

La mayoría de las propiedades apenas se ven afectadas por la isomería del espín nuclear,

aunque conviene recalcar que la conductividad del para-hidrógeno es 50 % del orto-.

A T < 20 K

se puede conseguir 100% Para-

A T > 298 no varían las

proporciones

E

E

E

rf

E = h = h(/2)Bo

= radio giro magnético

Núcleos de hidrógeno que se encuentran bajo la acción de un campo magnético y

que entran en RESONANCIA al absorber energía de radiofrecuencia

Durante este proceso se induce una señal eléctrica a una antena receptora,

permitiendo obtener la imagen tomográfica en IRM (técnicas de imagen)

PROCESO DE RELAJACIÓN

H2 (g) → 2H (g) H = + 435 kJ.mol-1

Proceso fuertemente endotérmico

Valor que proporciona una medida de la energía de enlace

Molécula termodinámicamente

muy estable

La molécula no es particularmente reactiva

debido a la alta energía del enlace H-H.

Su energía de enlace es de las más elevadas

que se conocen para un enlace sencillo

Átomo de hidrógeno

Termodinámicamente inestable

Presenta tendencia a recombinarse para así

desprender esa energía

APLICACIÓN:

por recombinación de los átomos

FUNDAMENTO DE LA SOLDADURA

1. Temperatura Disociación térmica (proceso no excesivamente rentable)

T (K) % H2 disociado

1000 8.71 x 10-7

2000 1.22 x 10-1

4000 63.3 6000 98.8 (muy difícil de alcanzar)

Se hace pasar una corriente de hidrógeno a través de

un arco eléctrico con electrodos de W

2. Descargas eléctricas

Se aplican descargas en un tubo por el que circula hidrógeno a baja presión

E = + 435 kJ.mol-1

3. Radiaciones electromagnéticas

Radiaciones de de valor superior al que

resulta de esta expresión poseen

suficiente energía para disociar la molécula

Utilizando radiación UV-visible

también se disociará ya que >

Para disociar un mol: = E/ NAV h

Energía del enlace por

molécula de hidrógeno

No obstante, siempre existirá un equilibrio entre disociación y recombinación.

Aunque la luz los disocia, los átomos

tienden a recombinarse porque la molécula es mucho más estable.

E = 435/NA = h

Límite. Correspondiente al IR

Moléculas de H2

que inciden en una

superficie

se activan al ser retenidas

y el enlace se relaja

Base de la síntesis del NH3

Se genera H

y en presencia,

por ejemplo de N

➢ Utilización de un complejo de coordinación con tendencia a incrementar la coordinación del metal al reaccionar

con el hidrógeno:

Ir

CO

P Cl

PH

Ir

CO

PCl

HH2

P

Más reactivo

➢ Utilización de elementos que puedan ser fácilmente pulverizados y que, por tanto, presenten alta superficie de contacto:

En la actualidad: estrategias para favorecer la proporción de reacción ocurrida en la disociación

del hidrógeno:

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) H = - 46kJ/mol

Ion positivo = protón

H (g) → H+ (g) + e- EI = 1311 kJ.mol-1

Proceso inestable

termodinámicamenteNo existe en disolución y sí en agrupaciones

en las que existe enlace covalente

p.ej. en la especie NH4 +

Comparativamente EI (Li) = 515.20 kJ.mol-1

Valor que indica que en condiciones ordinarias

se hace muy difícil la obtención del protón

El protón no se encuentra como tal en compuestos iónicos, ni aún en

las combinaciones de hidrógeno con los elementos más electronegativos,

pero cuando se consigue, el H+ es:

Partícula cargada positivamente y de pequeño tamaño.

Presenta una extremadamente alta relación carga/radio.

Muy alta capacidad de polarizaciónGenera un enlace bastante covalente

Se puede unir por enlaces covalentes con moléculas neutras o átomos para satisfacer su carga H2O, NH3,

HF y dar origen a especies tales como: H3O+ , NH4

+, sales amónicas /NH4Cl, (NH4)2SO4, etc.

Ion positivo = protón

Ion negativo = anión hidruro

H (g) → H- (g) AE = - 67 kJ.mol-1Estable termodinámicamente

Valor que no es demasiado alto,

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

Por descomposición del H2O

Por destilación seca de la hulla o gas ciudad

Térmicamente: H2O(g) → H2 (g) + 1/2O2 (g) (industria)

Hºf = + 241. 92 kJ

Proceso fuertemente endotérmico

H2O estable

En presencia de un elemento cuyo óxido sea fuertemente exotérmico:

3Fe(s) + 2O2(g) → Fe3O4 (s) H = - 1115.87 kJ

Pero proceso no rentable. Excesivamente caro para

producir hidrógeno

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 H = - 148.11 kJ < 0

Limaduras o virutas de Fe

Por descomposición del H2O

Gran cantidad de energía desprendida

La descomposición térmica del agua no es fácil (a 300 K solo 43.4%)

4H2O (g) → 4H2 (g) + 2O2 (g) H = 241.92 kJ

Descomposición del agua en estado de vapor:

En la industria se utiliza C ó CH4

C (grafito) + 1/2O2 (g) → CO (g) H = -109.41 kJ

H2O (g) → H2 (g) + 1/2 O2 (g) H =+241.92 kJ

C (s) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g) H = +132.63 kJ > 0

Se disuelve conagua a presión KHCO3

En reactor cerrado

CH4 + H2O700ºC

CO + 3H2

H2 O H2

CO2

400ºC, Fe catKCO3

CO2 + H2 H = -109.41 kJ

Eliminación CO tóxico

Por descomposición del agua en estado de vapor:

H es un valor

positivo. Por

consiguiente, para

que la reacción

trascurra en el sentido

en el que se escribe,

hay que ir retirando el

CO tóxico que se va

generando.

Y como se observa,

se genera así CO2 y

H2. Finalmente, ese

hidrógeno se purifica

Puede obtenerse H2 del agua por descarga de los H+ existentes

Usando un elemento muy reductor con:

Eº(M+/M) <<<0

(ensayo efectuado a nivel de laboratorio)

Por un proceso electrolítico

H+ + e- = 1/2 H2

Por descomposición del H2O mediante un proceso redox: H2O → H+ + OH- Kw = 10-14

M → Mn+ + ne- Eº > >

H+ + e- → 1/2 H2 Eº = - 0.414 V (agua pura, medio neutro)

M + nH+ → Mn+ + n/2H2 Eº > 0

Sin embargo, no son métodos adecuados ya que se pueden producir reacciones explosivas

Se puede descargar hidrógeno de una disolución ácida

Usando un elemento muy reductor Eº(M+/M) <<<0

Metales alcalinos como por ejemplo Na (Eº (Na+/Na)= -2.71 V

Descompone el agua a temperatura ordinaria con desprendimiento de hidrógeno

Mn+ + ne- → M Eº << - 0.414 V

Aunque si se aumenta la concentración de H+, como los hidróxidos son insolubles en medio ácido:

No existiría riesgo de explosiones si se utilizara: Al (Eº (Al3+/Al)= - 1.66 V) Más negativo que -0.414V

Zn (Eº(Zn2+/Zn) = -0.76 V) Más negativo que -0.414V

Laboratorio: Zn + 2H+ (dil) → Zn2+ + 1/2 H2

Eº = 0.76 V > 0 G < 0

Sin embargo, utilizando Al y Zn en medio neutro:

Kw = [Al3+] [OH-] = 3,7 . 10-15

Kw = [Zn2+] [OH-] = 1,8 . 10-14

Al alcanzarse el producto se solubilidad, el hidróxido queda adherido a la

superficie del metal y paraliza la reacción

Por un proceso electrolítico. Escala industrial

El agua puede hacerse conductora y descomponerse electrolíticamente en sus elementos agregando un electrolito:

H2SO4 (medio ácido) ó NaOH (medio básico)

Cátodo (reducción)

Ánodo (oxidación)

H2 → 2H+ + 2e- Eº = 0.000 V

1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O Eº = +1.229 V

H2 + 1/2O2 → H2O Eº = +1.229 V

Para realizar proceso inverso que es lo que se pretende

para obtener H2 , será necesario aplicar a los electrodos

un potencial externo igual y contrario

Se usan los electrodos de Ni → Eº = 2.0 V de potencial adicional y % de H2 despreciable

Energía que tengo que vencer para que se recombinen los

átomos gaseosos en la superficie de los electrodos

Se habrá de aplicar un potencial mayor que el correspondiente a

los electrodos normales: SOBRETENSIÓN

H2 CH4 CO CO2 N2

% volumen 55 25 6-4 2 10-12

CH4 (l)

CO (l) + H2(g)

CO2(s)

N2 (l)

Por enfriamiento pueden condensarse los gases al tener distintos puntos de fusión:

H2 Gas difícilmente licuable a T -200ºC

Por destilación seca de la hulla o gas ciudad

H2 + O2 2H2O + E H = - 245.15 kJmol-1― Vehículos eléctricos: se trata de trasformar los motores de combustión

interna MCI en una celda de combustible.

― Los motores de un transbordador espacial usan esta reacción.

En la actualidad se investiga como se almacena y como se transporta el H2.

H+

H2→ 2H+ + 2e-4H+ + 4e- + O2→ 2H2O

e-

O2(g)

Aire

H2(g)

Aire

+Agua

Evaporación problema grave

Hidrogeno: gas de muy baja densidad () a cualquier presión

Transportar H2(g) comprimido requiere recipientes de paredes muy gruesas

Se incrementa la masa del vehículo

H (l) sería más eficiente, pero el almacenaje requiere T<<< -253 ºC

Interés en las posibilidades del hidrógeno como combustible

Se requerirá un volumen enorme de

hidrógeno para lograr mover vehículos

La absorción reversible de hidrógeno por algunos hidruros intersticiales se ha llegado

a usar experimentalmente en autobuses.

El H2 se introduce por bombeo en tanque lleno de una aleación metálica que absorbe hidrógeno.

El paso de una corriente eléctrica por la aleación libera H2(g) que se hace pasar a un motor de combustión

interna tradicional.

Interés en las posibilidades del hidrógeno como combustible