Qumica General e Inorgnica

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Química General e Inorgánica

• Clase 24. 19 de mayo de 2005
• Hidrógeno
• Gases nobles
• Prof. Alberto Boveris

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Hidrógeno (elemento) número atómico 1, gas
diatómico, masa molar 2.016, pf 4 K (-259 C), pe
20 K (-253 C), densidad gas 0.090 (punto
triple), Tabla periódica grupo 1, grupo 17 o
no-grupo.

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Radio atómico, diámetro 30 pm
Atomo de hidrógeno masa atómica 1.0079
configuración electrónica (o de valencia) 1s1,
radio atómico 30-32 pm.
Núcleo, un protón, diámetro 0.01 pm
H(g) H(g) ? H2(g) DH - 436.4
kJ H(g) H(g) ? H2(g) La reacción de
disociación (H2 ? 2 H) ocurre 9 a 300 C y 94
a 500 C.
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Como elemento el 80 de la masa del universo, 1
de la biosfera terrestre y 12 de la masa del
cuerpo humano. No se encuentra libre, ni como
elemento ni como molécula, en la atmósfera
terrestre. El hidrógeno molecular (H2) es un
producto industrial utilizado en la síntesis de
amoníaco, en numerosas síntesis químicas de
moléculas orgánicas y en la hidrogenación de los
aceites vegetales. El H2 es utilizado como
combustible. Se lo considera el combustible del
futuro ante el agotamiento de los combustibles
fósiles H2(g) ½ O2(g) ? H2O(g) DH -
241.8 kJ con un rendimiento de 120 kJ/g
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Obtención de hidrógeno molecular 1. En el
laboratorio Zn0(s) 2 HCl(ac) ? ZnCl2(ac)
H2(g) Na0(s) 2 H2O(l) ? 2 NaOH(ac)
H2(g) 2. Procedimientos industriales 2.1
Electrólisis de agua ácida (2 V a 80 C) H2O ?
H HO- 2 H 2e - ? H2(g) 2.2 Propano y
vapor de agua a 800 C (catalizador
alúmina) C3H8(g) 3 H2O(g) ? 3 CO 7
H2(g) 2.3 Carbón calentado al rojo 900 C y
vapor de agua C(s) H2O(g) ? CO (g)
H2(g)
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Reactividad del hidrógeno (1)
1. Oxidación en un electrodo (reversible) H2
2 H 2 e- 2. Formación de hidruros 2.1.
Hidruros iónicos, con metales de los grupos 1 y 2
y el hidrógeno como grupo 17, actuando como H-
(hidruro) H2(g) 2 Li0(s) ? 2 LiH(s)
H2(g) Ca0(s) ? CaH2(s) Los
hidruros iónicos se descomponen en agua dando los
hidróxidos de los metales y el ión hidruro, sin
vida libre, que reacciona inmediatamente con
agua H-(ac) H2O(l) ? OH-(ac) H2(g)
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Reactividad del hidrógeno (2)
2.2. Hidruros covalentes, con Be, B, C, N, O y F
(los no metales de los grupos 13, 14, 15, 16 y
17. 3 H2(g) N2(g) ? 2 NH3(g) H2(g)
½ O2(g) ? H2O(l) H2(g) F2(g) ? 2
FH(g) 2.3. Hidruros intersticiales, no
estequiométricos, con algunos metales (Ti,
Pd) H2(g) Ti(s) ? TiH1.8-2.0(s) H2(g)
Pd(s) ? solución de gas (H2) en metal (Pd)
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Isótopos del hidrógeno
Los isótopos (de iso y topos, del mismo
lugar) tienen igual número de protones (número
atómico) y electrones (propiedades químicas
iguales) y distinta masa molecular. Son
muy usados en ensayos químicos y
diagnósticos. Isótopos del hidrógeno (los únicos
con nombre propio). Número
Masa Nombre Símbolo atómico molecular
Estructura Abundancia Hidrógeno, protio 1H
1 1.008 1 H, 1 e-
99.985 Deuterio 2D 1
2.008 1 H, 1 n, 1 e- 0.015 Tritio 3T
1 3.008 1 H, 2 n, 1 e-
artificial Tiempo de vida medio (t1/2) 12.5
años
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Propiedades del óxido de deuterio o agua pesada
Propiedad H2O D2O Masa molar
18.016 20.016 Punto fusión O C 3.8
C Punto ebullición 100 C 101.4
C Densidad 1.000 1.108
El agua pesada se usa como moderador de la
velocidad de los neutrones en los reactores
nucleares y en estudios de mecanismos
químicos. Muchas reacciones químicas son
afectadas al cambiar el solvente de agua a agua
pesada
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Gases nobles (inertes, raros) Gases
monoatómicos, constituyen el grupo 18, tienen sus
capas de electrones de valencia completas y
propiedades físicas y químicas características
del grupo.

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Propiedades de los gases nobles
Número Masa Radio Punto
Punto Nombre Símbolo atómico atómica atomico
fusión ebullición (pm) ----- (C) -----
Helio He 2 4.003 50
-273 -268 Neón Ne 10 20.18
70 -249 -246 Argón Ar 18
39.95 98 -189 -186 Kripton Kr 36
83.80 112 -157 -152 Xenón Xe 54
131.3 131 -112 -107 Radón Rn
86 222 140 -71 -61
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La estabilidad química de los gases nobles se usa
para abreviar la notación de la configuración
electrónica
Configuración electrónica de los grupos 1 y 2
Grupo 1 Grupo 2 Li He2s1
Be He2s2 Na Ne3s1
Mg Ne3s2 K Ar4s1
Ca Ar4s2 Rb Kr5s1
Sr Kr5s2 Cs Xe6s1
Ba Xe5s2 Fr
Rn7s1 Ra Ar7s2
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Densidades relativa de los gases nobles Helio
0.178 Neón 0.899 Argón 0.178 Kripton
3.749 Xenon 5.887 Radón 9.73 Nitrógeno-oxígen
o 1.25-1.49 Hidrógeno 0.089
OBTENCION Ne, Ar, Kr y Xe se obtienen del aire
líquido. He y Ra de gases en minas.
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Reactividad de los gases nobles

• A partir de 1960 se observó una reactividad
  química de los gases nobles con algunos
  elementos. La primer reacción observada fue
• Xe(g) PtF6(g)?? ? XePtF6(s)?
• Se han preparado numerosos compuestos sólidos de
  Xenón, entre ellos XeF4, XeO3, XeO4, y algunos
  compuestos de Kriptón, como KrF2(s).
• No se conocen compuestos de helio, neón, argón o
  radón.

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Usos de los gases nobles

• Helio para propulsar globos y como atmósfera
  inerte para buzos a alta profundidad.
• Neón en los carteles luminosos.
• Argón como gas inerte en el laboratorio y la
  industria.
• Kripton en lámparas de alta luminosidad. Es un
  indicador atmosférico de actividad nuclear.
• Xenón en lámparas de alta luminosidad
• Radón en el tratamiento de ciertos cánceres. Se
  ha descripto la enfermedad del radón (desgano
  en edificios con poca ventilación)