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TECNOLOGICO SANTA CRUZ

INFORME No:

1

TEMA:

El Hidrogeno

ESTUDIANTE:

Kevin Javier Cuellar Vásquez

MATERIA:

Química Inorgánica

CARRERA:

Química Industrial

SEMESTRE:

200

TURNO:

Noche

HISTORIA El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue el primero producido artificialmente y formalmente descrito por T. von Hohenheim (más conocido como Paracelso), que lo obtuvo artificialmente mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico. En 1671, Robert Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, lo que resulta en la producción de gas hidrógeno.12 En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal-ácido como "aire inflamable" y descubriendo más profundamente, en 1781, que el gas produce agua cuando se quema. Generalmente, se le da el crédito por su descubrimiento como un elemento químico. ESTADO NATURAL DEL HIDRÓGENO El hidrógeno es el elemento químico más simple (formado solamente por un protón y un electrón) y más abundante del Universo. Se encuentra principalmente en forma de gas hidrógeno (H2) en las estrellas y en los planetas gaseosos (el Sol tiene aproximadamente un 90% de hidrógeno). En cuanto a la Tierra, su abundancia es menor. En estado libre, se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, así como en los gases que se desprenden de los volcanes y de los yacimientos de petróleo. En combinación, por el contrario, el hidrógeno es bastante común: en el agua constituye en 11,2% de su peso total; el cuerpo humano, que es aproximadamente dos terceras partes de agua, tiene un 10% de hidrogeno por peso; forma parte esencial de todos los organismos animales y vegetales, en los cuales entra en combinación con oxígeno, nitrógeno, carbono, etc. Finalmente, es un constituyente importante del petróleo y de los gases de combustibles naturales.

PREPARACIÓN EN LABORATORIO Y EN LA INDUSTRIA 

En el laboratorio:

Los metales alcalinos reaccionan violentamente con el agua en frío formándose el hidróxido correspondiente y desprendiéndose Hidrógeno:

2 K + 2 H2O

2 KOH + H2

El proceso más cómodo es la reducción de un ácido mediante un metal de carácter débilmente reductor (Fe, Zn, Al). Por ejemplo:

HCl + Zn H2SO4 + Zn

ZnCl2 + H2 ZnSO4 + H2

 En la industria: El hidrógeno es un compuesto muy necesario en la industria para obtener amoniaco, para las reacciones de hidrogenación, etc. Actualmente se obtienen grandes cantidades de hidrógeno a partir de la nafta (constituida esencialmente por hidrocarburos de 5 a 7 átomos de carbono), del gas natural (metano en un 90%) y de la descomposición electrolítica del agua (añadiendo una pequeña cantidad de ácido sulfúrico para hacerla más conductora de la electricidad).

PROPIEDADES FÍSICAS El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Es el elemento más liviano que existe, siendo aproximadamente 14 veces menos pesado que el aire. Su molécula consiste de dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Posee tres isótopos, de los cuales el más abundante es el Protio (99.985%); el Deuterio tiene una abundancia de 0,02% y el tritio es tan escaso que de cada 109 átomos de hidrógeno hay uno de tritio. El hidrogeno es fácilmente absorbido por ciertos metales finamente divididos, siendo los principales paladio, platino y oro. Por ejemplo, uno volumen de paladio finamente dividido puede adsorber aproximadamente 850 volumen es de Hidrógeno a temperatura ambiente. El hidrógeno absorbido es muy activo químicamente

PROPIEDADES QUÍMICAS Químicamente, el hidrogeno es capaz de combinarse con la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas. El hidrogeno tiene gran afinidad con el oxígeno, con el cual se combina en frío muy lentamente, pero en presencia de una llama o de una chispa eléctrica lo hace casi instantáneamente con explosión. Por esto, las mezclas de hidrógeno y aire deben manejarse con mucha precaución. La reacción es:

La ecuación anterior nos indica la gran cantidad de energía desprendida por la reacción. Una propiedad muy importante del hidrógeno es su poder reductor. En efecto, a altas temperatura el hidrógeno reacciona con algunos óxidos reduciéndolos. Este poder reductor, que se base en la tendencia del hidrógeno a oxidarse al estado de oxidación +1, tiene además aplicación en muchos procesos químicos.

APLICACIONES Se necesitan grandes cantidades de H2 en las industrias del petróleo y química. Una aplicación adicional de H2 es de tratamiento ("mejoramiento") de combustibles fósiles, y en la producción de amoníaco. Los principales consumidores de H2 en una planta petroquímica incluyen hidrodesalquilación, hidrodesulfuración, y de hidrocraqueo. El H2 se utiliza como un agente hidrogenizante, particularmente en el aumento del nivel de saturación de las grasas y aceites insaturados (que se encuentran en artículos como la margarina) y en la producción de metanol. Del mismo modo es la fuente de hidrógeno en la fabricación de ácido clorhídrico. El H2 también se utiliza como agente reductor de minerales metálicos. Es el quinto compuesto con mayor producción industrial. Además de su uso como un reactivo, H2 tiene amplias aplicaciones en la física y la ingeniería. Se utiliza como gas de protección en los métodos de soldadura tales como la soldadura de hidrógeno atómico. H2 se utiliza como un enfriador de generadores en centrales eléctricas, porque tiene la mayor conductividad térmica de todos los gases. H2 líquido se utiliza en la investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad. Dado que el H2 es más ligero que el aire, teniendo un poco más de 1/15 de la densidad del aire, fue ampliamente utilizado en el pasado como gas de elevación en globos aerostáticos y dirigibles. En aplicaciones más recientes, se utiliza hidrógeno puro o mezclado con nitrógeno (a veces llamado forming gas) como gas indicador para detectar fugas. Las aplicaciones pueden ser encontradas en las industrias automotriz, química, de generación de energía, aeroespacial y de telecomunicaciones. El hidrógeno es un aditivo alimentario autorizado (E 949) que permite la prueba de fugas de paquetes, entre otras propiedades antioxidantes. Los isótopos más raros de hidrógeno también poseen aplicaciones específicas para cada uno. El deuterio (hidrógeno-2) se utiliza en aplicaciones de la fisión nuclear como un moderador para neutrones lentos, y en las reacciones de fusión nuclear. Los compuestos de deuterio tienen aplicaciones en la química y biología en los estudios de los efectos isotópicos. El Tritio (hidrógeno3), producido en los reactores nucleares, se utiliza en la producción de bombas de hidrógeno, como un marcador isotópico en las ciencias biológicas, como una fuente de radiación en pinturas luminosas. La temperatura de equilibrio del punto triple de hidrógeno es un punto fijo definido en la escala de temperatura ITS-90 a 13,8033 Kelvin. El hidrógeno está actualmente siendo testeado como fuente de energía “limpia” para la utilización en transportes. La reacción del hidrógeno con el oxígeno, para producir agua, realizada en células de combustibles es una de las formas más promisorias para generar energía para automóviles, evitando la liberación de gases de efecto invernadero, al contrario de lo que sucede con los motores actuales que utilizan la combustión de hidrocarburos de origen fósil.



Otras aplicaciones relevantes del hidrógeno son:

Producción de ácido clorhídrico (HCl) Combustible para cohetes Enfriamiento de rotores en generadores eléctricos en puestos de energía, visto que el hidrogeno posee una elevada conductividad térmica; En estado líquido es utilizado en investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad. Como es 14,5 veces más liviano que el aire es por esto utilizado muchas veces como agente de elevación en globos y zeppelines, mas allá que esta utilización sea reducida debido a los riesgos de trabajar con grandes cantidades de hidrógeno, que fue bien patente en el accidente que destruyó el zeppelín “Hindenburg” en 1937. El deuterio, un isótopo del hidrógeno en que el núcleo es constituído por un protón y un neutrón, es utilizado en la forma de la llamada “agua pesada” en fisión nuclear como moderador de neutrones. Compuestos de deuterio poseen aplicaciones en química y en biología en estudios de reacciones utilizando el efecto isotópico.

RELACION CON EL MEDIO AMBIENTE Efectos del hidrógeno en el medio ambiente Desde el año 2010, el hidrógeno crece en popularidad como una prometedora fuente alterna de combustible sustentable. Las investigaciones continúan para determinar si el combustible de hidrógeno puede revertir los efectos por décadas del uso continuo del combustible fósil. La industria automotriz mundial está diseñando y fabricando vehículos híbridos ya que el hidrógeno es un combustible para motores de combustión interna. Las células del combustible de hidrógeno se combinan con el oxígeno del aire, lo que produce energía para encender un motor y emitir solamente agua de un tubo de escape. Al final, el impacto a largo plazo que tiene el uso de hidrógeno como un combustible a nivel mundial sobre plantas, animales, suelo, agua y humanos permanece como una especulación. Las consecuencias conocidas del hidrógeno afectando la atmósfera del planeta viene de una investigación terminada por el Instituto de Tecnología de California, o Caltech, en 2006. De acuerdo al estudio, los resultados de la fuga de hidrógeno prevista hecha por los vehículos, manufacturación de hidrógeno y transporte del gas elemental no son buenas noticias para el planeta. Los científicos del Instituto de Tecnología vieron el estudio como un medio para identificar los problemas ambientales potenciales antes de que ocurran.

IMPORTANCIA DEL HIDRÓGENO El Hidrógeno está en todas partes, de lo que podemos deducir que éste es el atributo donde reside su importancia originaria. El hidrógeno es importante porque cumple una función substancial en la formación de casi toda la materia que compone nuestro mundo y parte del Universo que conocemos. Podemos encontrarlo en compuesto de dos partes con oxígeno en el agua (H2O), que es el estado en el que se muestra especialmente, pero sobretodo, es el recurso básico que nos sirve a los seres vivos de manera más significativa. Sin embargo, no sólo, el hidrógeno se halla en el agua, ya que podemos atribuir a este elemento la formación de la mayoría de la materia viva del Planeta, además de que muchos minerales están formados en parte de Hidrógeno. Por eso, podemos afirmar que el Hidrógeno es muy importante, pues forma parte de todos los organismos vivos, así como de las sustancias que se derivan de éstos. Por lo que, encontraremos partes de Hidrógeno en las proteínas, en los azúcares, almidones e incluso en las grasas. Aunque también podemos localizarlo mezclado con carbono en los recursos energéticos más comunes, como son el petróleo o el gas natural. En este sentido, se deduce que no sólo la importancia del Hidrógeno se basa en lo esencial de su propia existencia en el mundo, pues además debemos destacar su utilidad como fuente de energía limpia para un futuro no muy lejano. Hasta ahora, tal y como lo conocemos, el Hidrógeno forma parte de fuentes de combustible para la industria del automóvil, que, a pesar de ser no contaminante, resulta muy costoso económicamente, lo que supone una de las desventajas fundamentales para la viabilidad de esta aplicación del Hidrógeno. Sin embargo, el Hidrógeno sigue siendo uno de los recursos energéticos para el futuro, y se está investigando para optimizar sus costes, ya que es una fuente de energía limpia que podemos encontrar en nuestro medio de forma ilimitada, no es contaminante para el medio ambiente, e incluso podría contribuir a la reducción del efecto invernadero.