El Elemento Hidrgeno H

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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 1,2,3,8 n2 Ecuación de
Rydberg R me e4 8 h3c ?o2 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
La ecuación de Rydberg también se deriva de
la Mecánica Ondulatoria (E depende solo de n, y
no de l, ml, ms)
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Atomos hidrogenoides
Energía de los Orbitales en el H y en el He
En RZ2 / n2
Compare hidrogenoides con Z 3, 4, etc
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ISÓTOPOS DEL HIDROGENO
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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 no Expresan F2, sino F o
sea Fmarron FA FB !! (no son densidades
de Probabilidad)
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OM ANTILIGANTE
Ahora Fmarron FA FB
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Distribución de densidad electrónica. Formación
de H2a partir de H(A) y H(B)

• Para cada orbital, FA2 y FB2, separadamente
  (blanco, continuo)
• La semisuma (FA2 FB2)/2 (blanco, discontinuo)
• El OM enlazante (FA FB)2/?2 (negro,
  discontinuo)
• El OM antienlazante (FA FB)2/?2 (negro,
  continuo)

Identifique los términos de solapamiento!
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Enlace del H2
LUMO
HOMO
Energía de Enlace 436 KJ/mol
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) ? CH2CH2(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
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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
CATALIZADOR DE WILKINSON
H2CCH2 H2 ? CH3-CH3
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Un Complejo de H2 !
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La Reacción H2(ac) ? 2H(ac) 2eDIAGRAMA 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 lnp(H2)/H2
RT/F lnp(H2)/H 0.059 V x logH
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? ( gt 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)
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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 lt 1,95).
  Tienen más H2/unidad de volumen que el H2
  líquido). Uso en propulsión automotriz

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3) Hidruros Covalentes Moleculares
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Incremento de la diferencia de electronegatividad,
??
HIDRUROS Influencia de ?
EN 1,2-1,4
Ionicos
MH M Li Na,K, Rb,Cs MH2 Ca,Sr Ba
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Triángulo de van Arkel-KetelaarDescripción de
compuestos según tipos de enlace Iónico,
Covalente, Metálico
Haluros Oxidos Hidruros Intermetálicos
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Un complejo de Ir con ligandos H ?
Es IrIII-H O bien IrI-Hº ?
Ambigüedad de los números de oxidación
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Orbitales Moleculares Formación de Enlace
Covalente X-Y (diferentes electronegatividades)
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OM del HF(g)
Construya un diagrama similar para 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 ebullición Hidruros de Grupos 14-17
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Estructura del HF en fase sólida
?
?
Anión HF2 en la sal KHF2
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Puentes Hidrogeno en el Hielo
O presenta cordinación 4
Enlaces O-HO Asimétricos
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Puentes de H en ADN
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Espectroscopía RMN
Vale para núcleos con espin no nulo