hewebs.ucm.es/info/quiminorgen/files/2019_tema 2.pdfion positivo = protón h (g) h+ (g) + e-ei= 1311...
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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
➢ Sólo tiene un orbital para enlazar para formar una molécula.
➢ 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.
➢ Bajo número de electrones (1). No tiene ningún electrón interno.
➢ Los electrones de enlace están expuestos directamente a la acción del núcleo.
Singularidad del átomo de hidrógeno
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, gran diferencia en las
propiedades físicas y químicas en relación a las de los isótopos de otros elementos
Masa atómica del hidrogeno natural mezcla de sus isótopos = 1 .0079 umas
Química esencialmente referida al 11H, aunque en algunas aplicaciones el D tiene también su importancia (agua pesada D2O)
Propiedades atómicas. Isótopos
En estado natural se encuentra en
forma molecular H2 1s2
E
H H
1s1s +
+ -
H2
1s 1s
+ - 1s
+ - *1s
Enlace covalente
H-H = 0.74 Å = Suma de radios covalentes
o.e. = 1
H2 = (1s)2
Aparte de H2 (+ abundante), también existen las formas D2, HD, T2, HT y DT aunque, por la baja proporción de T en la naturaleza, el hidrógeno puede considerarse como mezcla de las tres primeras
Presenta una química de elementos p, aunque también puede considerarse como elemento s
Enlace en la molécula
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 (kJmol-1) 0.117 0.197 0.250
Hvaporiz (kJmol-1) 0.904 1.226 1.393
Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60
Pcrítica (atm) 12.98 16.43 18.10
Hofº (kJmol-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
Propiedades físicas y químicas del hidrógeno molecular
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 (kJmol-1) 0.117 0.197 0.250
Hvaporiz (kJmol-1) 0.904 1.226 1.393
Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60
Pcrítica (atm) 12.98 16.43 18.10
Hof (kJmol-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
Propiedades físicas y químicas del hidrógeno molecular
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 (kJmol-1) 0.117 0.197 0.250
Hvaporiz (kJmol-1) 0.904 1.226 1.393
Tcrítica (K) 33.19 38.35 40.60
Pcrítica (atm) 12.98 16.43 18.10
Hof (kJmol-1) - 435.88 - 443.35 - 446.9
denlace ( Å) 0.7414 0.7414 0.7414
Hof // Energía desprendida al formarse un mol de compuesto
a partir 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= magnético del electrón + magnético del espín nuclear
magnético electrónico (H2) = 0 no hay electrones desapareados
Propiedades magnéticas de hidrógeno molecular. Orto- y para-hidrógeno
El núcleo es una carga puntual en movimiento cuando los espines de los núcleos giran:
Espín nuclear, I = 1/2
En ausencia de un campo magnético externo los espines nucleares se orientan al azar
Orto-hidrógeno
Para-hidrógeno
Los dos átomos de H en la molécula pueden tener espín nuclear paralelo o antiparalelo:
En la naturaleza se encuentran las dos formas de hidrógeno moleculary 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 afectan por el espín nuclear, aunque convienerecalcar 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
Núcleos de hidrógeno que se encuentran bajo la acción de un campo magnético y que entran en RESONANCIA al absorber energía de radiofrecuencia
E
E
E
rf
E = h = h(/2)Bo
= radio giromagnético = 2.675 x 108/Ts
H2 (g) 2H (g) H = + 435 kJmol-1
Proceso fuertemente endotérmico
Valor que proporciona una medida de la energía de enlace
H2
Como molécula es termodinámicamente muy estable
Molécula no particularmente reactivadebido a la alta energía del enlace H-H.
Su energía de enlace es de las más elevadas que se conocen para un enlace sencillo
H Como átomo es termodinámicamente inestable
Tendencia a recombinarse para así desprender esa energía
APLICACIÓN: recombinación de los átomos FUNDAMENTO DE LA SOLDADURA
Disociación del hidrógeno molecular
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 kJmol-1
Métodos para conseguir la disociación
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 = 435x 10-3 J /6.023 x 1023 J x 6.626x 10-34 J.s = 435/39.87 x 1012 s-1 = 10.92 x 1012 s-1
Energía del enlace por molécula de hidrógeno
h = 6.626 x 10-34 J.s
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
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 N2
➢ 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 kJmol-1 Proceso inestable
termodinámicamente
No existe en disolución y sí en agrupaciones en las que existe enlace covalente
p.ej. en la especie NH4 +
De forma comparativa: EI (Li) = 515.20 kJmol-1 Valor que indica que en condiciones ordinarias se hace muy difícil la obtención del protón
Tendencia a formar iones
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 negativo = anión hidruro
H (g) H- (g) AE = - 67 kJmol-1 Proceso
termodinámicamente estable
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 kJmol-1
H (g) H- (g) AE = - 67 kJmol-1
1/2H2 (g) H- (g) H = + 151 kJmol-1
Alto valor positivo debido a la alta energíadel enlace existente en la molécula de hidrógeno
HT = 1/2 d(H-H) + AE
A partir de la molécula, el problema es que hay que suministrar mucha energía
La estabilidad en hidruros
va a ser función de ΔHº
Como ΔSº es de valor próximo en hidruros
ΔGº = ΔHº - TΔSº<<
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)
Reacciones directas
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
iónicosMetálicos
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 del hidrógeno con los elementos metálicos más electropositivos de los grupos 1 y 2 excepto Be y Mg.
HIDRUROS IONICOS
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
Hºf < 0 Más estable el compuesto formado
La formación del hidruro esfavorable cuanto más bajos sean los valores de Hs y EI
Y esto ocurre con los alcalinos y alcalinotérreos a excepción del Be (catión polarizante de pequeño tamaño y alta carga)
1/2H2(g) + M(s) → MH (s)
Hºf
H(g)
Hs
EI
H- M+(g)
Uo
+
1/2Hd
AE
M(g)
Hºf = Hs + ½Hd + AE + EI + Uo
(-) = (+) + (+) + (-) + (+) + (-)
Reacciones con elementos de los grupos 13 a 17 a excepción de Al, Bi y Po.
Son compuestos molecularescon enlace es 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 menor que el requerido en sus enlaces (considerando que hay
dos electrones por enlace).
B: 1s22s2p1.............3 x 2 = 6 e-
H: 1s1...................,,,,.1 x 6 = 6 e-
12 e-
Hay 12 electrones y 8 enlaces: Los enlaces en el puente son de 3 centros y dos electrones
VOLÁTILES O COVALENTES
BH
H H
HB
H
H
Diborano B2H6
2. Compuestos con el número necesario de electrones:
Número de pares de electrones = el de enlaces.
C: 1s22s2p2....................4e-
H: 1s1.............................4 x 1e-
8e-
4 pares de electrones y 4 enlaces
C
H
HH
H
Metano (CH4)
3. Compuestos ricos en electrones: aquellos donde hay más pares de electrones.
Elementos de los grupos 13 a 17.
N: 1s22s2p3....................5e-
H: 1s1..............................3 x 1e-
8e-
Hay 4 pares de electrones y sólo tres enlaces. El nitrógeno posee un par de electrones sin compartir
N
..
H H
H
Amoniaco (NH3)
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 elevadasDe 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
Th4H15Np4H15
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
MH
MH2
MH3
Reacciones con Be, Mg, Cu, Zn Al
Hidruros de estructura compleja (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 = 25 ºC) = 0.00 V
Son en su mayoría reacciones de oxidación-reducción
Reacciones en medio acuoso
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 signosSERIE 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 en medio acuoso ácido el H- no es estable porque se forma H2
1/2 H2 (g) + e- H- (ac) Eº = 2.25 V
H+ (ac) + e- 1/2 H2 (g) Eº = 0.00 V Experimentalmente se observa porque existe un burbujeo de H2
Elevado poder reductor
H- (ac) + H+ (ac) H2 (g) Eº = 2.25 V
Todos los metales con un potencial más negativo que el hidrógeno en medio ácido son más reductores
y se oxidan desprendiéndose hidrógeno molecular
Zn2+ (ac) + 2e- Zn (s) Eº = - 0.762 V
2H+ (ac) + 2e- H2 (g) Eº = 0.000 V
Gº = -nFEº
Zn (ac) Zn2+ (s) + 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
NaH Na+ + H-
H2O OH- + H+
H2 ///// Experimentalmente se
observa un burbujeo de hidrógeno
Formación del hidróxido del metal
NaOH
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
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
Pd2+ (ac) + 2e Pd (s) Eº = +0.987 V
2H+ (ac) + 2e- H2 (g) Eº = 0.000 V
E = Eº - RT Ln K 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:
El poder reductor del hidrógeno en medio acuoso varía con la
concentración de [H+] de acuerdo con la ecuación de Nernst:
H+ (M = 1) + e- 1/2 H2
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, hidrógeno atómico producido in situ que reacciona rápidamente ya que no existe el 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
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
LitosferaComponente de las rocas yacimientos de gas natural.
Libre entre gases procedentes de emanaciones volcánicas.
El hidrógeno en la naturaleza
Libre
Escaso: 0.003% de la masa terrestre
Elemento muy abundante en el cosmos
/Tercer elemento en abundancia después del O y SiCombinado
Con agua 80% superficie terrestre70 % cuerpo humano
Compuestos orgánicos como ligando
Combustibles fósiles , petróleo, gas natural
Estratosfera en forma atómica//radiación UV procedente de los rayos solares
Abundancia en la naturaleza
Por descomposición del H2O
Por destilación seca de la hulla o gas ciudad
Métodos de obtención
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
H2O(g) H2 (g) + 1/2O2 (g) (industria) Hfo= + 241. 92 kJ
La descomposición térmica del agua no es fácil (a 300 K solo 43.4%)
Por descomposición térmica del H2O
Proceso muy endotérmico
H2O estable
En presencia de un elemento cuyo óxido sea fuertemente exotérmico
3Fe(s) + 2O2(g) Fe3O4 (s) H = - 1115.87 kJ
Proceso no rentable. Excesivamente caro para producir hidrógeno
3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 H = - 148.11 kJ < 0
Limaduras
o virutas de Fe
Gran cantidad de energíadesprendida
4H2O (g) 4H2 (g) + 2O2 (g) H = 241.92 kJ
Por descomposición del H2O en estado de vapor
Por descomposición del H2O 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
3C (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 OH2
CO2
400ºC, Fe catKCO3
CO2 + H2 H = -109.41 kJ
Eliminación CO tóxico
Mediante un proceso redox:
H2O H+ + OH- Kw = 10-14
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 medio de un proceso electrolítico
H+ + e- 1/2 H2
Por descomposición del H2O
Por descomposición del H2O
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
Metales alcalinos como por ejemplo Na (Eº (Na+/Na)= -2.71 V
Descompone el agua a temperatura ordinaria con desprendimiento de hidrógeno
Usando un elemento muy reductor Eº(M+/M) <<< 0
Mn+ + ne- M Eº ( inferior a - 0.414 V)
H+ + e- 1/2 H2 Eº = - 0.414 V (medio neutro)
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 = - 1.67 V) más negativo que -0.414V
Zn (Eº = - 0.76V) más negativo que -0.414V
Laboratorio: Zn + 2H+ (dil) Zn2+ + 1/2 H2 G < 0
Sin embargo, utilizando Al y Zn en medio neutro:
Kw = [Al3+] [OH-] = 3.7 x 10-15
Kw = [Zn2+] [OH-] = 1.8 x 10-14
Al alcanzarse el producto se solubilidad, el hidróxido queda adherido a la
superficie del metal y paraliza la reacción
Eº = 0.762 V > 0
El agua puede hacerse conductora y descomponerse de forma electrolítica en sus elementos agregando un electrolito/
Cátodo (reducción)
Ánodo (oxidación)
2(H+ + e- 1/2 H2) Eº = 0.000 V
1/2O2 + 2H+ + 2e- H2O Eº = +1.229 V
Para realizar proceso inverso será necesario aplicar a los electrodos un potencial externo mayor y contrario /SOBRETENSIÓN/
Se usan electrodos de Ni Eº = 2.0 V de potencial adicional y % de H2 despreciable
Energía que tengo que vencer para que se recombinen losátomos gaseosos en la superficie de los electrodos
Por medio de un proceso electrolítico. Escala industrial
H2SO4 (medio ácido) ó NaOH (medio básico)
Por descomposición del H2O
H2 + 1/2O2 H2O Eº = +1.229 V
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+
Electrolito
H2 2H+ + 2e-4H+ + 4e- + O2 2H2O
e-
O2(g)
Aire
H2(g)
Aire
+Agua
El hidrógeno como combustible
Evaporación problema grave
Hidrogeno: gas de muy baja densidad () a cualquier presión.
Se requerirá un volumen enorme de hidrógeno para lograr mover vehículos
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
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.