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El Elemento HidrógenoH
- El más abundante del Universo (≈ 87%).
- En la Tierra también es el más abundante, en Nº de átomos (16%)
- Pero en masa, constituye el 0,76% de la Tierra (casi todo agua)
- 1 solo electrón + 1 protón La química más simple posible?
- Veremos algunas especies: H - H+ - H– - H2 – H2+ - H3
+ - EHx
- H2, el combustible del futuro?
-De paso, aprenderemos algo acerca de algunas Espectroscopías
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Espectroscopía Atómica. Líneas de Emisión del H
Identifique zonas UV, vis, IR
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NIVELES DE ENERGÍA DEL ÁTOMO DE HIDRÓGENO
En = - hcZ2R n = 1,2,3,…∞ n2
Ecuación de Rydberg
R = me e4
8 h3c єo2
El diagrama, derivado del Modelo de Bohr, puede verificarse a partir de los espectros de emisión (o absorción) observados.
Las energías de cada línea, para determinada serie, pueden calcularse restando los correspondientes valores de En para los niveles inicial y final, ni y nf.
SERIE DE BALMER
λ
La ecuación de Rydberg también se deriva de laMecánica Ondulatoria (E depende solo de n, y no de l, ml, ms)
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Energía de los Orbitales en el H y en el He+
En = – RZ2 / n2
Atomos hidrogenoides
Compare hidrogenoidescon Z = 3, 4, etc
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ISÓTOPOS DEL HIDROGENO
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MR (g/mol) P EB.(K) DENSIDAD HENLACE (kJ/mol)
H2 2.02 20.6 436
D2 4.03 23.9 443
T2 6.03 25.2 447
H2O 18.14 373.2 1.0 g/mL 464
D2O 20.02 374.6 1.1 469
Propiedades de Compuestos con Isotopos de H
Ver métodos de separación de isótopos: Propiedades que dependan de la masa
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Energía del punto cero
- Las energías de disociación C-H y C-D son diferentes- También lo son las fuerzas intermoleculares (ej.: H2O vs D2O, ver p.eb.)
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Marcación Isotópica. Espectroscopía INFRAROJA
P. Ej. la vibración fundamental para el H2 es 4159 cm-1, para el HD es
3630 cm-1 y para el D2 es 2990 cm-1.
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Tritio
Alta atmósfera – Explosiones termonucleares
Reactores Nucleares
Decaimiento radiactivo (emisión beta–)
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Enlace Covalente en el H2
CLOA (Combinación lineal de orbitales atómicos)
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OM LIGANTE
OJO: estas funciones noExpresan Φ2, sino Φ… o sea Φmarron = ΦA + ΦB !!
(no son densidades de Probabilidad)
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OM ANTILIGANTE
Ahora:
Φmarron = ΦA – ΦB
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Distribución de densidad electrónica. Formación de H2
a partir de H(A) y H(B)
(1) Para cada orbital, ΦA2 y ΦB
2, separadamente (blanco, continuo)
(2) La semisuma (ΦA2 + ΦB
2)/2 (blanco, discontinuo)
(3) El OM enlazante: (ΦA+ ΦB)2/2 (negro, discontinuo)
(4) El OM antienlazante: (ΦA – ΦB)2/2 (negro, continuo)Identifique los términos de solapamiento!
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Enlace del H2
Energía de Enlace = 436 KJ/mol
LUMO
HOMO
Espectroscopía electrónica (UV) – Transición HOMO LUMO, 11,4 eV (109 nm)
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OBTENCION INDUSTRIAL DE H2
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OBTENCION INDUSTRIAL DE H2
(iv) Dehidrogenación de alcanos (petroquímica, naftas alto octanaje)
CH3CH3(g) CH2=CH2(g) + H2(g)
v) Reducción de agua por virutas de Fe, altas T
3 Fe(s) + 4 H2O(g) Fe3O4(s) + 4 H2(g)
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Para mejorar el rendimiento de H2
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Obtención de H2 en el Laboratorio
• - Abra el regulador del cilindro que contiene H2 licuado (con cuidado!!!) ☺ ☺ ☺
• - Electrolizar agua acidulada, o bien aprovechar la reacción de los hidruros iónicos con el agua. En ambos casos, obtendrá alta pureza (ecuaciones…)
• - Método más directo: reacción de metales electropositivos con ácidos minerales (HCl, etc)
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REACTIVIDAD
HIDRUROS METALES ACTIVOS AZUFRE (CALOR)
H2S
METAL OXIDOS METÁLICOS NITROGENO
NH3
HIDROCARBUROSSATURADOS
HIDROCARBUROS NO SATURADOS
(CATALIZADOR)
CATALIZADOR, ALTAPRESIÓN
CH3 OHo CH4 , C2H6
H2O HX O2 H2 HALOGENOS
(DEPENDE DE LAS CONDICIONES)
CO (CATALIZADOR, ALTAPRESIÓN)
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Usos del H2
O2
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HIDROGENACIÓN HETEROGÉNEA SOBRE METALES
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ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO SOBRE NÍQUEL
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HIDROGENACIÓN HOMOGÉNEA DE OLEFINAS
RhPPh3
Cl PPh3
PPh3CATALIZADOR DE WILKINSON
H2C=CH2 + H2 → CH3-CH3
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Un Complejo de H2 !
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La Reacción H2(ac) ↔ 2H+(ac) + 2e–
DIAGRAMA DE POURBAIX DEL AGUAZONAS DE ESTABILIDAD
Potenciales de reducción de H+/H2 y O2/H2O, en función del pH
2H+(ac) + 2e– H2(g)
E = E0 – RT/2F ln[p(H2)/[H+]2] = – RT/F ln[p(H2)/[H+]] = 0.059 V x log[H+] = – 0.059 V x pH
Ubique en el Diagrama las cuplas metálicas redox que usó en el laboratorio y prediga
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CELDAS DE COMBUSTIBLE
Una celda de combustible opera como una batería. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente. El único producto es agua.
Contiene dos electrodos: el O2 pasa por uno y el H2 por el otro. Cuando el H2 es ionizado en el ánodo, pierde electrones y forma H+. Los protones migran al otro electrodo a través del electrolito, mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor, reduciendo al O2 en el cátodo. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor.
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HIDROGENASAS - catalizan reacción 2H+ + 2e– ↔ H2
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METABOLISMO DEL HIDRÓGENOEN EL SITIO ACTIVO DE LA HIDROGENASA
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Sitio Activo propuesto en la Ni-Fe hidrogenasa de Desulfovibriogigas
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Reacciones en Cadena (ramificada) Explosiones
• Reacción global: 2 H2(g) + O2(g) H2O(l) Gfº = – 237,1 kJ/mol• Alta barrera cinética
• Mecanismo:
– Iniciación: H2 2H ( > 400ºC) (0,1% de H a 2000ºK!)
– Propagación: H + O2 OH + O
• O + H2 OH + H
• (se generan más portadores que los que se consumen)
– Terminación: OH + H H2O
• Otro mecanismo posible? (ej.: choques?)• (ver aparte reacción H2 + Cl2)
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ENERGÍA DE FORMACIÓN STANDARD (GIBBS) DE COMPUESTOS BINARIOS DE HIDRÓGENO DE LOS BLOQUES S Y P (kJ/mol)
![Page 32: El Elemento Hidrógeno H - El más abundante del Universo (≈ 87%). - En la Tierra también es el más abundante, en Nº de átomos (16%) - Pero en masa, constituye](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062309/5665b4d71a28abb57c94241d/html5/thumbnails/32.jpg)
COMPUESTOS BINARIOS DE HIDRÓGENO (Hidruros)
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1) Hidruros salinos – Grupos 1 y 2 (exc. Be)
- Anión hidruro, especie muy polarizable (Fajans)- Enlace dominantemente iónico (exc. Li, Mg)- Conducen la electricidad en sales fundidas- (su electrólisis libera H2 en el ánodo)
- Inestables en agua: generan H2
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2) Hidruros metálicos intersticiales
• - Inclusión de H en las redes de metales de transición d y f (ej.: Ti, Ni, Pd, Pt, etc)
• - Conductores eléctricos
• - Catalizadores de reacciones de hidrogenación
• - Composición variable, ej. ZrHx (x = 1,30-1,75)
• - Almacenadores de H2 (ej. FeTiHx (x < 1,95). Tienen más H2/unidad de volumen que el H2 líquido). Uso en propulsión automotriz
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3) HidrurosCovalentesMoleculares
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HIDRUROS – Influencia de
Incremento de la diferencia de electronegatividad,
Ionicos
MH
M =LiNa,K,Rb,Cs
MH2
Ca,SrBa
EN 1,2-1,4
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Triángulo de van Arkel-KetelaarDescripción de compuestos según tipos de enlace:
Iónico, Covalente, Metálico
HalurosOxidosHidrurosIntermetálicos
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Un complejo de Ircon ligandos H– ?
Es IrIII-H–
O bien IrI-Hº ?
Ambigüedad de losnúmeros de oxidación
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Orbitales MolecularesFormación de Enlace Covalente X-Y (diferentes electronegatividades)
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OM del HF(g)
Construya undiagrama similarpara el LiH(g)
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Un Complejo de H2 !
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Relaciones entre las entalpías de formación y de red para MH, con propiedades atómicas de los metales alcalinos M
Construya un Ciclo termoquímico!
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Puntos de ebulliciónHidruros de Grupos 14-17
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Estructura del HF en fase sólida
↓
Anión HF2– en la sal K[HF2]
↑
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Puentes Hidrogeno en el Hielo
Enlaces O-H…OAsimétricos
O presentacordinación 4
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Puentes de H en ADN
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Espectroscopía RMN
Vale para núcleos con espin no nulo