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• estefany villca

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11.1.- El Hidrógeno: Un elemento único

11.1.2.- Obtención de hidrógeno a. A

escala industrial: 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).

b. A

escala de

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

ZnCl2 + H2

H2SO4 + Zn

ZnSO4 + H2

Obtención de Hidrógeno a pequeña escala. Si en el laboratorio se necesita emplear hidrogeno a menudo, lo mejor es comprar una botella de gas comprimido. Por aproximadamente 180 euros se puede alquilar una botella durante un año y adquirir el regulador además de pagar el gas. Pero generalmente el uso de hidrogeno no es muy frecuente y ese gasto resulta excesivo. Por ello doy algunas indicaciones de como obtener hidrogeno de manera barata y en cantidades suficientes como para realizar algunos interesantes experimentos. Todo el mundo sabe que atacando un metal con un ácido se desprende hidrogeno. Bueno esto es cierto en parte ya que el ácido nítrico se reduce con el propio hidrogeno y produce abundantes óxidos de nitrógeno. Pero el sulfúrico y el clorhídrico se bastante buenos para producir hidrogeno atacando metales. Lo mejor es cinc por que la reacción es bastante rápida y limpia. El aluminio también da buenos resultados. Sin embargo a mi me gusta una reacción mas particular que es la que propongo: hacer reaccionar el aluminio con sosa cáustica. La razón de esto es que ambos componentes son muy baratos. El aluminio puede obtenerse como desecho de latas, virutas de torno o incluso comprase en laminas o barras en las tiendas de bricolaje. La sosa cáustica exactamente igual de fácil de conseguir. Ambos son sólidos, no son venenosos y tienen un buen rendimiento en hidrogeno. OJO la sosa cáustica no es venenosa pero es muy corrosiva. Al disolverse en agua produce calor y puede salpicar. Empléense gafas y guantes de goma para manipularla. La reacción es la siguiente:

Al + NaOH + H2O -----> AlO2Na + 3/2 H2 La reacción es bastante rápida y exotérmica, si se calcula bien la cantidad de agua los residuos son totalmente sólidos. En teoría la reacción es completa con 35 gramos de aluminio, 40 de sosa y 18 de agua. Por cada gramo de aluminio se obtienen aproximadamente 10 litros de hidrogeno. El aluminio se coloca en el fondo del frasco y por el embudo se añade una disolución lo mas concentrada posible de hidróxido sódico (sosa cáustica) tener cuidado al disolver la sosa en agua ya que la disolución se calienta bastante y es corrosiva para la piel y la ropa. La disolución de sosa entra hasta el fondo del frasco haciendo un lazo que actúa de sifón. Antes de poner el generador en marcha se mantiene a baja altura para que el liquido no entre en contacto con el aluminio. Cuando se sube a unos 30 cm el liquido pasa al frasco del reactor y reacciona con el aluminio. Si la reacción es excesivamente violenta la presión en el interior aumenta mucho y la propia presión devuelve al embudo la solución de sosa. El único problema es que el hidrogeno formado arrastra sosa cáustica y humedad. Esto también ocurre en la reacción ácido-metal, por ello es conveniente hacer pasar el hidrogeno por un frasco de lavado o de desecación. Se puede observar que después de la reacción queda un residuo grisáceo. El aluminato sódico es blanco pero el aluminio puede contener algo de silicio o cobre que queda sin reaccionar oscureciendo el aluminato.

El aparato se puede construir empleando frascos de vidrio con tapa hermética. Se pueden aprovechar los de mermelada o comprarlos nuevos ya que son muy baratos: perforar las tapas de cristal con el dremel y unas brocas de diamante. Los tubos exteriores conviene que sean flexibles de unos 4 o 5 mm de luz. Los tubos que atraviesan el vidrio pueden ser de latón ya que no les ataca la sosa, tambien pueden ser de vidrio o plástico, aunque lo mejor es que sean de acero inoxidable. La llave de paso puede ser de las empleadas en jardinería en riego gota a gota. Antes de emplear el hidrogeno es conveniente que evacue el interior del aire que hay en los frascos. Dejando pasar gas durante un rato. Para lavar el gas se hace pasar el hidrogeno por otro frasco que contiene agua donde burbujea. Si se quiere desecar conviene hacerlo pasa por un frasco que contenga cloruro de calcio en escamas. Conviene que se coloquen unas capas de algodón para impedir que el gas arrastre polvo de cloruro de calcio. Con el hidrogeno obtenido se puede fabricar un pequeño soplete simplemente haciéndolo pasar por un tubo muy fino y prendiéndole fuego. Como tubo puede emplearse el de una aguja hipodérmica al que se le suprime la punta afilada con una lima o con el dremel. La llama de hidrogeno es muy poco luminosa pero muy calorífica. Si se desea almacenar el hidrogeno obtenido puede hacerse en una vasija invertida llena de agua, pero es inútil tratar de llenar un globo de goma ya que la presión necesaria para inflarlo es muy superior a la presión del hidrógeno generado. Si se pueden llenar los globos de policarbonato que requieren mucha menos presión de inflado y que son los que se suelen emplear como reclamos publicitarios.

Hidrógeno El hidrógeno es un agente reductor debido a su capacidad de ceder o traspasar electrones a un agente oxidante. En realidad lo que ocurre con el hidrógeno es que el se oxida y por tanto hace que se reduzca alguna otra sustancia. El Hidrógeno es uno de los reactivos usados en química orgánica para realizar reducciones de determinados grupos funcionales o funciones (alqueno, alquino) pero la especie reductora que estrictamente realiza la reducción es el ion Hidruro (átomo de hidrógeno pero con carga negativa H-) por esto el hidrógeno si no se usa en "compañía" de un catalizador, que generalmente son metales de transición como el Ni, Pd, Pt, etc.

En las reacciones aeróbicas el oxigeno actúa como agente reductor como por ejemplo en la rancidez de las grasas en la que las descompone a través de reacciones de hidrólisis lentas, catalizadas por enzimas, que dan lugar a la formación de aldehídos y cetonas. El oxígeno del aire ataca a los dobles enlaces y, en un proceso progresivo, termina por romper la cadena de carbonos produciendo compuestos de mal olor. En la manteca, esta alteración provoca la aparición del ácido butírico o butanoico, causante del sabor y del olor que toma esta sustancia cuando se altera.

HIDROGENO COMO COMBUSTIBLE Debido a la necesidad que se tiene actualmente por reducir el nivel de contaminantes presentes en la atmósfera, ya que estos son los principales causantes de problemas como el efecto de invernadero, la variación de los regímenes climatológicos , entre otros que están afectando seriamente a la humanidad, surge la necesidad de buscar nuevas soluciones que contribuyan al mejoramiento de estos problemas sin recurrir a limitaciones en la producción de energía, ya que esto implicaría un retraso tanto en el desarrollo económico, cultural, tecnológico como en el investigativo de nuestro país. Teniendo en cuenta que los beneficios e intereses de la energía alternativa como solución energética van más allá de la reducción de costos únicamente, se presenta además que el mayor uso de estas brindan, la oportunidad de reducir la dependencia con los combustibles fósiles como también de disminuir la contaminación ambiental, debido a que causa un efecto notablemente menor sobre el medio ambiente[1, 2, 3,5]. De lo expuesto anteriormente se llega a la conclusión de que una buena solución se encuentra en cambiar de base energética utilizando un combustible con el cual se puedan eliminar o reducir notablemente las emisiones de contaminantes a la atmósfera y esto es precisamente lo que se lograría con el uso de una fuente alterna de energía. El combustible que se propone como solución es el hidrógeno. Se ha seleccionado al hidrógeno como el combustible que puede dar solución a dichos problemas debido a: El hidrógeno cuya base de obtención es el agua, es muy abundante y puede ser utilizado tanto en países energéticamente pobres como en los ricos [4, 6, 7]. El petróleo crudo y el gas natural son abastecedores de energía limitados.

El hidrógeno puede ser utilizado como recurso energético[4, 7, 8]. El hidrógeno puede sustituir a los combustibles utilizados actualmente [4, 7, 9]. Los productos de combustión son considerados no contaminantes o contaminantes en muy bajo grado[4, 6, 7,9,11]. Este es un proyecto de bajos costos y competitivo[4, 7, 12,13]. Presenta una mejor utilización de los recursos, esto se sustenta con el ejemplo que se presenta a continuación[4, 12]: La energía acumulada en 1 Ton de carbón convertida a gasolina hace que un en vehículo recorra 708.1 Km. La energía acumulada en 1 Ton de carbón convertida a electricidad hace que en un vehículo recorra 772.5 Km. La energía acumulada en 1 Ton de carbón convertida a metanol hace que un en vehículo recorra 836.8 Km. La energía acumulada en 1 Ton de carbón convertida a hidrógeno hace que un en vehículo recorra 1030 Km. Existe la necesidad de adoptar otras fuentes de energía además de la electricidad para suplir las deficiencias en el sector del transporte; el hidrógeno es una fuente energética que puede cumplir con tal fin[4, 6, 10]. El hidrógeno es una fuente de energía que puede ser almacenada, transmitida y utilizada para las necesidades energéticas del presente y del futuro[4, 6, 10, 13].