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• Taylor Anthony Luján Obregón

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HIDRÓGENO PRÁCTICA Nº 3

 DE LA HAZA HUANCAPAZA, IVIN ANDREA  JORDAN COLLADO, ROSA  LUJAN OBREGON, TAYLOR ANTHONY  PAREDES SÁNCHEZ, VIOLETA MARISOL  VASQUEZ ALVAREZ, MERCEDES SOLEDAD  VENEGAS PARIASCA, JEAN CARLOS FELIPE

UNIVESIDAD NORBERT WIENER FB3M2 | QUIMICA INORGÁNICA

HIDRÓGENO

INTRODUCCIÓN: El hidrógeno es el elemento químico más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo. En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene "in situ", es decir, en el lugar y en el momento en el que se necesita. Los mayores mercados en el mundo disfrutan de la utilización del hidrógeno para el mejoramiento de combustibles fósiles (en el proceso de hidrocraqueo) y en la producción de amoníaco (principalmente para el mercado de fertilizantes). El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más complejo que la obtención a partir del gas natural.

MARCO TEÓRICO:  HIDRÓGENO: En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H2.El átomo de hidrógeno, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno delos constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares.  USOS: El empleo más importante del hidrógeno es en la síntesis del amoniaco. La utilización del hidrógeno está aumentando con rapidez en las operaciones de refinación del petróleo, como el rompimiento por hidrógeno , y en el tratamiento con hidrógeno para eliminar azufre. Se consumen grandes cantidades de hidrógeno en la hidrogenación catalítica de aceites vegetales líquidos insaturados para obtener grasas sólidas. La hidrogenación se utiliza en la manufactura de productos químicos orgánicos. Grandes cantidades de hidrógeno se emplean como combustible de cohetes, en combinación con oxígeno o flúor, y como un propulsor de cohetes impulsados por energía nuclear.  PROPIEDADES: El hidrógeno común tiene un peso molecular de 2.01594. El gas tiene una densidad de 0.071 g/l a 0ºC y 1 atm. Su densidad relativa, comparada con la del aire, es de 0.0695. El hidrógeno es la sustancia más inflamable de todas las que se conocen. El hidrógeno es un poco más soluble en disolventes orgánicos que en el agua. Muchos metales absorben hidrógeno. La adsorción del hidrógeno en el acero puede volverlo quebradizo, lo que lleva a fallas en el equipo para procesos químicos. A temperaturas ordinarias el hidrógeno es una sustancia poco reactiva a menos que haya sido activado de alguna manera; por ejemplo, por un catalizador adecuado. A temperaturas elevadas es muy reactivo. COMPETENCIAS: Seleccionar un método para la preparación de hidrogeno en el laboratorio, razonando su fundamento, efectividad y ventajas en el uso de determinada materia prima, que observe las propiedades y el comportamiento químico del hidrogeno.

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MATERIALES Y REACTIVOS: MATERIALES:            

Beaker de 250 ml Bagueta Luna de reloj Mechero Caja de fosforo Conexiones de jefe Tubos de ensayo Gradilla Equipo para generar gases Soporte universal Cuba hidroneumática Pera de decantación

REACTIVOS     

Agua destilada Sodio metálico Zinc en granallas Solución de fenolftaleína Ácido sulfúrico diluido

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PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS: 1.- Preparación de Hidrogeno 5 Cargas con 5ml HCL (ácido clorhídrico) y se agregó en el recipiente y se vuelve a cerrar la tapa y se cierra la llave que está en el centro para que no gotea la solución HCL luego en la parte de debajo se pone un trocito de ZN y se abre la llave del medio y va cayendo lentamente HCL y vemos como se libera el hidrogeno y el recipiente va quedando blanquecino y por la manguerita negra al colocar un tubo de ensayo sale un gas blanquecino.

2.- Reacción del sodio (NA) con el agua En un vaso precipitado se agregó el agua destilada y se agregó un trocito de sodio y al moverlo vimos que se desprendió un gas y se agregó una gota de FENOLTALEINA, se movió y tomo un color rojo grosella y se tapó con la luna del reloj porque expandía un olor fuerte.

3.- Reacción de un metal Anfótero con un álcali En un tubo de ensayo se agregó un poco de aluminio y se agregó 3ml NaOH (Hidróxido de sodio) y todo se queda en la gradilla vemos cómo va ebullicionando y vemos como se iba elevando y en algunos casos vimos que se rebalso.

4.- El Hidrógeno y la Serie Electromotriz: En 5 tubos de ensayo agregar mg. De Sn, Pb, Cu, Mg, Fe metálicos respectivamente, y verter 2 ml de HCl diluido. Observar la mayor o menor formación de gas.

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Resultado:

1. (SN) Estroncio 1g. y 2ml de ácido clorhídrico (HCL) 5 tubos de ensayo cada uno con sus metales.  Liberan hidrogeno y luego va goteando y burbujas alrededor del elemento. 2. PB (Plomo) 1g y 2ml ácido clorhídrico (HCL)  Reacción lenta y liberación del hidrogeno en sí mismo. 3. CU (Cobre) 1g y 2ml ácido clorhídrico (HCL)  Se oxido / liberación de hidrogeno reacciono rápido y exotérmica. 4. MG (Magnesio) 1g y 2ml ácido clorhídrico (HCL)  Ebullición burbujeo es una reacción exotérmica. 5. Fe (Hierro) 1g y 2ml ácido clorhídrico (HCL)  Liberación hidrogeno se oxida el clavo.

CONCLUSIONES:  El método más básico a nivel laboratorio para la obtención del hidrógeno es a través de la combinación de un metal con Eº de reducción negativo y un ácido no oxidante.  En su estado elemental se encuentra como H2 (g).  El hidrógeno puede intervenir en reacciones químicas como oxidante y reductor.  Tiene demasiados usos y aplicaciones.  Se quema con el oxígeno.

CUESTIONARIO: 1.- PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL HIDROGENO PROPIEDADES QUIMICAS: •En condiciones normales el hidrogeno es un gas inodoro, incoloro y sin sabor. •Es la molécula más pequeña. •Su densidad es de 76Km/m^3 cuando se encuentra en estado gaseoso la densidad es de 273Kg/L. •Posee una gran rapidez de transición cuando las moléculas se encuentran en fase gaseosa. •Facilidad de fusión así como de difusión •Optima conductividad calórica •Punto de fusión es de 14025K •Punto de ebullición de 20268K UNIVESIDAD NORBERT WIENER

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PROPIEDADES FISICAS: •Tiene un peso atómico de 100974uma. •Posee un estado de oxidación de +1,1. •Completa su nivel de valencia con un electrón capturada, para así poder producir el anión H^.•Se combina con los metales alcalinos y alcalino térreos (menos con el berilio y magnesio), a través de enlaces iónicos. •Forma enlaces tipo covalentes, con los no metales. •Forma enlaces metálicos con los elementos de transición. •El hidrógeno, H^+, siempre se encuentra asociado a otro elemento, menos en el estado gaseoso. •Posee una estructura cristalina hexagonal. •Reacciona con la gran mayoría de los elementos de la tabla periódica.

2.- ESCRIBA LAS REACCIONES REALIZADAS EN LA PRÁCTICA.

2HCl + Zn

ZnCl2 + H2

Tipo de reacción: Reacción Redox

2 NA(s) + 2 H2O(l)

2 NAOH(aq) + H2(g)

Tipo de reacción: doble desplazamiento

2 Na + 2 H2O

2 Na+ + OH- + H2

Tipo de reacción: Desplazamiento simple

2 AL + 6 NaOH

2 Na3ALO3 + 3 H2

Tipo de reacción: doble desplazamiento

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Sn + 4 HCl

SnCl4 + 4 H

Tipo de reacción: Desplazamiento simple

Pb + 2 HCl

Pb (HCl)2

Tipo de reacción: Síntesis

CU + 2 HCl

CUCl2 + H2

Tipo de reacción: doble desplazamiento

Mg + 2 HCl

MgCl2 + H2

Tipo de reacción: doble desplazamiento

2 Fe + 6 HCl

2 FeCl3 + 3 H2

Tipo de reacción: doble desplazamiento 3.- APLICACIONES BIOLÓGICAS, FARMACOLÓGICAS, INDUSTRIALES NATURALES DEL HIDRÓGENO. APLICACIONES BIOLÓGICAS: 

El punto triple del hidrógeno (la temperatura a la que los 3 estados, sólido, líquido y gaseoso están en equilibrio) puede utilizarse para calibrar algunos termómetros.  El tritio (isótopo radioactivo del hidrógeno) se utiliza a veces como un marcador isotópico.  El hidrógeno es un aditivo alimentario autorizado que permite la prueba de fugas de paquetes, entre otras propiedades antioxidantes. 

Puede ser utilizado para crear agua.

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APLICACIONES FARMACOLOGICAS: No se encontró APLICACIONES INDUSTRIALES: Las aplicaciones industriales más importantes del hidrógeno son: i) En el proceso de síntesis del amoniaco o proceso Haber:

N2 + 3H2

2NH3

ii) Proceso de síntesis de metanol: [cat] = cobalto CO + 2H2

CH3OH

Este proceso adquirió gran importancia sobre todo en los años de la crisis del petróleo, como síntesis de combustibles alternativos. iii) Procesos de Hidroformilación de olefinas:

[cat] = cobalto En este proceso se forma un aldehído que contiene un átomo de carbono más que la olefina de partida. iv) La hidrogenación catalítica de aceites vegetales insaturados para producir grasas sólidas comestibles. v) El hidrógeno se utiliza también para transformar diferentes óxidos metálicos en metales (como los de plata, cobre, plomo, bismuto, mercurio, molibdeno y wolframio): MO(s) + H2(g) → M(s) + H2O(l)

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Figura 1. Usos industriales del Hidrógeno

El hidrógeno interviene en la fusión nuclear. Este proceso, que alimenta la mayor parte de las estrellas que brillan en el firmamento, produce helio a partir de núcleos de hidrógeno, liberando enormes cantidades de energía. Producción de ácido clorhídrico (HCl); Combustible para cohetes Enfriamiento de motores en generadores eléctricos en puestos de energía, visto que el hidrogeno posee una elevada conductividad térmica; Como es 14,5 veces más liviano que el aire es por esto utilizado muchas veces como agente de elevación en globos y zeppelines.

  

BIBLIOGRAFÍA:  Brown, T. L., Le May, B. E. Burnten. (2009) Quimica, la ciencia central. Mexico. Prentice Hall. 11º Ed, 935-937.  Facultad de ciencias químicas, Laboratorio de química inorgánica II (2007), pp 42-46.  Facultad de ciencias químicas, Laboratorio de química inorgánica II (2007), pp 1994. Páginas oficiales de las empresas productoras de hidrógeno:  www.accadue.es  www.es.airliquide.com  www.amt-solar.com

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