hidrógeno y sus características

7/26/2019 Hidrógeno y sus características

http://slidepdf.com/reader/full/hidrogeno-y-sus-caracteristicas 1/16

Hidrógeno Este artículo trata sobre un elemento químico. Para la molécula (H 2 ), formada por dos átomos de hidrógeno,

véase Dihidrógeno .

Para otros usos de este término, véase Hidrógeno (desambiguación).

- Hidrógeno Helio

1H

Tabla completa • Tabla ampliada

Incoloro

Información general

Nombre Hidrógeno

Grupo, período, bloque 1, 1, s

Masa atómica 1,00794 u

Configuración electrónica 1s1

Electrones por nivel 1



Propiedades atómicas

Radio medio 25 pm

Electronegatividad 2.2 (Pauling)

Radio atómico (calc) 53 pm (Radio de Bohr)

Radio covalente 37 pm

Radio de van der Waals 120 pm

Estado(s) de oxidación -1 y 1

Óxido Anfótero

1.ª Energía de ionización 1312 kJ/mol

Propiedades físicas

Estado ordinario Gas

Densidad 0,0899 kg/m3

Punto de fusión 14,025 K (-259 °C)

Punto de ebullición 20,268 K (-253 °C)

Punto de inflamabilidad 255 K (-18 °C)

Entalpía de vaporización 0,8985 kJ/mol



Entalpía de fusión 0,1190 kJ/mol

Presión de vapor 209 Pa a 23 K

Punto crítico 23,97 K (-249 °C)

1,293·106 Pa

Volumen molar 22,42!10-3 m3/mol

Varios

Estructura cristalina Hexagonal

N° CAS 1333-74-0

N° EINECS 215-605-7

Calor específico 1,4304·104 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica - S/m

Conductividad térmica 0,1815 W/(K·m)

Velocidad del sonido 1270 m/s a 293,15 K(20 °C)

Isótopos más estables

Artículo principal: Isótopos del hidrógeno

iso AN Periodo MD Ed PD

MeV

1 99,985 % Estable con 0 neutrones

2 0,015 % Estable con 1 neutrón

3 trazas 12,33 años " 0,019 #He



Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se

indique lo contrario.

[editar datos en Wikidata]

Representación animada de un átomo dedeuterio, uno de los isótopos del hidrógeno.

El hidrógeno (en griego, de !"#$ h ! d " r , genitivo %"$&' hydrós , y ()*+' génos «que genera o produce

agua») es elelemento químico de número atómico 1 representado por el símbolo H. Con una masa atómica de

1,00794 (7) u, es el más ligero de la tabla de los elementos. Por lo general, se presenta en su

forma molecular, formando el gas diatómico H2 en condiciones normales. Este gas

es inflamable, incoloro, inodoro, no metálico e insoluble en agua H2O.1

Debido a sus distintas propiedades, el hidrógeno no se puede encuadrar claramente en ningún grupo de

la tabla periódica, aunque muchas veces se sitúa en el grupo 1 (o familia 1A) por poseer un solo electrón en

la capa de valenciao capa superior.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia

visible deluniverso.2 nota 1

En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por

hidrógeno en estado deplasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido

industrialmente a partir dehidrocarburos 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 que se necesita. Los mayores mercados

del 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 deelectrólisis, pero resulta un método mucho más

caro que la obtención a partir del gas natural.3

El isótopo del hidrógeno más común, conocido como protio, está formado por un único protón y

ningún neutrón. En loscompuestos iónicos, puede tener una carga positiva (convirtiéndose en

un catión llamado hidrón, H+, compuesto únicamente por un protón, a veces en presencia de 1 o 2 neutrones);

o carga negativa (convirtiéndose en un aniónconocido como hidruro, H-). También se pueden formar otros

isótopos, como el deuterio, con un neutrón, y el tritio, con dos neutrones. En 2001, fue creado en laboratorio el

isótopo4H y, a partir de 2003, se sintetizaron los isótopos

5H hasta

7H.

4 5 El hidrógeno forma compuestos con

la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Tiene

un papel particularmente importante en la química ácido-base, en la que muchas reacciones implican el

intercambio de protones (iones hidrógeno, H+) entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro

para el que se puede resolver analíticamente la ecuación de Schrödinger, el estudio de la energía y

delenlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental hasta el punto de haber desempeñado un papel

principal en el desarrollo de la mecánica cuántica.



Las características de este elemento y su solubilidad en diversos metales son muy importantes en

la metalurgia, puesto que muchos metales pueden sufrir fragilidad en su presencia,6 y en el desarrollo de

formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible.7 Es altamente soluble en diversos compuestos

que poseen tierras raras y metales de transición,8 y puede ser disuelto tanto en

metales cristalinos como amorfos.9 La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por las

distorsiones locales o impurezas en la estructura cristalina del metal.10

Índice[ocultar]

• 1Etimología

• 2Historia

o 2.1Descubrimiento del hidrógeno y uso

o 2.2Papel del hidrógeno en la teoría cuántica

• 3Abundancia

• 4Propiedades

o 4.1Combustión

o 4.2Niveles energéticos electrónicos

o

4.3Formas elementales moleculares o 4.4Hidrógeno metálico

o 4.5Compuestos

! 4.5.1Compuestos covalentes y orgánicos

! 4.5.2Hidruros

! 4.5.3«Protones» y ácidos

o 4.6Isótopos

• 5Reacciones biológicas

• 6Producción

o 6.1Laboratorio

o 6.2Industrial

o 6.3Termoquímicos solares

o

6.4Corrosión anaerobia

o 6.5Ocurrencia geológica: la reacción de serpentinización

o 6.6Formación en transformadores

• 7Aplicaciones

• 8Portador de energía

• 9Industria de semiconductores

• 10Seguridad y precauciones

• 11Véase también

• 12Nota

• 13Referencias

• 14Bibliografía adicional

•

15Enlaces externos

Etimología[editar]

Hidrógeno, del latín «hydrogenium», y éste del griego antiguo #$%& (hydro ): ‘agua’ y '()*+ - *, (genos ):

‘generador’.

La palabra hidrógeno puede referirse tanto al átomo de hidrógeno (descrito en este artículo), como a la

molécula diatómica (H2) que se encuentra a nivel de trazas en la atmósfera terrestre. Los químicos tienden a

referirse a estamolécula como dihidrógeno,11

molécula de hidrógeno, o hidrógeno diatómico, para distinguirla

del átomo del elemento, que no existe de forma aislada en las condiciones ordinarias.



Historia[editar]

Descubrimiento del hidrógeno y uso[editar]

Dirigible Hindenburg, 1936.

El hidrógeno diatómico gaseoso, H2, fue el primero producido artificialmente y formalmente descrito por T. Von

Hohenheim (más conocido como Paracelso, 1493-1541) que lo obtuvo artificialmente

mezclando metales con ácidos fuertes. Paracelso no era consciente de que el gas inflamable generado en

estas reacciones químicas estaba compuesto por un nuevo elemento químico. En 1671, Robert

Boyle redescubrió y describió la reacción que se producía entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, o que

resulta en la producción de gas hidrógeno.12

En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el

hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, identificando el gas producido en la reacción metal - ácido

como "aire inflamable" y descubriendo más profundamente, en 1781, que el gas produce el agua cuando se

quema a él. Generalmente se le da el crédito por su descubrimiento como un elemento

químico.13

14

En 1783, Antoine Lavoisier dio al elemento el nombre de hidrógeno, (del griego ,$&- (hydro),

agua y '()*+ - *, (genes) generar)15

cuando él y Laplace reprodujeron el descubrimiento de Cavendish, donde

se produce agua cuando se quema hidrógeno.14

Lavoisier produjo hidrógeno para sus experimentos sobre conservación de la masa haciendo reaccionar un

flujo de vapor conhierro metálico a través de un tubo de hierro incandescente calentado al fuego. La oxidaciónanaerobia de hierro por los protones de agua a alta temperatura puede ser representada esquemáticamente

por el conjunto de las siguientes reacciones:

Fe + H2O! FeO + H2

2 Fe + 3 H2O! Fe2O3 + 3 H2

3 Fe + 4 H2O! Fe3O4 + 4 H2

Muchos metales tales como circonio se someten a una reacción similar con agua lo que

conduce a la producción de hidrógeno.

El hidrógeno fue licuado por primera vez por James Dewar en 1898 al usar refrigeración

regenerativa y su invención se aproxima mucho a lo que conocemos hoy en día

como termo.14

Produjo hidrógeno sólido al año siguiente.14

El deuterio fue descubierto en

diciembre de 1931 por Harold Urey, y el tritio fue preparado en 1934 porErnest

Rutherford, Marcus Oliphant, y Paul Harteck.13

El agua pesada, que tiene deuterio en lugar de

hidrógeno regular en la molécula de agua fue descubierto por el equipo de Urey en 1932.14

François Isaac de Rivaz construyó el primer dispositivo de combustión interna propulsado por

una mezcla de hidrógeno y oxígeno en 1806. Edward Daniel Clarke inventó el rebufo de gas de

hidrógeno en 1819. La lámpara de Döbereiner y la Luminaria Drummond fueron inventadas

en 1823.14

El llenado del primer globo con gas hidrógeno, fue documentado por Jacques

Charles en 1783.14

El hidrógeno proveía el ascenso a la primera manera confiable de viajes

aéreos después de la invención del primer dirigible de hidrógeno retirado en 1852 por Henri

Giffard.14

El conde alemán Ferdinand von Zeppelin promovió la idea de utilizar el hidrógeno en



dirigibles rígidos, que más tarde fueron llamados zepelines; el primero de los cuales tuvo su

vuelo inaugural en 1900.14

Los vuelos normales comenzaron en 1910 y para el inicio de

la Primera Guerra Mundial, en agosto de 1914, se habían trasladado 35 000 pasajeros sin

ningún incidente grave. Los dirigibles levantados con hidrógeno se utilizan como plataformas de

observación y bombarderos durante la guerra.16

La primera travesía transatlántica sin escalas fue hecha por el dirigible británico R34 en 1919. A

partir de 1928, con el Graf Zeppelin LZ 127,17

el servicio regular de pasajeros prosiguió hasta

mediados de la década de 1930 sin ningún incidente. Con el descubrimiento de las reservas

de otro tipo de gas ligero en los Estados Unidos este proyecto debió ser modificado, ya que el

otro elemento prometió más seguridad, pero el gobierno de Estados Unidos se negó a vender el

gas a tal efecto. Por lo tanto, H2 fue utilizado en el dirigible Hindenburg , el cual fue destruido en

un incidente en vuelo sobre Nueva Jersey el 6 de mayo de 1937.14

El incidente fue transmitido

en vivo por radio y filmado. El encendido de la fuga de hidrógeno se atribuyó como la causa del

incidente, pero las investigaciones posteriores señalaron a la ignición del el revestimiento de

tejido aluminizado por la electricidad estática.

Papel del hidrógeno en la teoría cuántica[editar]

Las líneas del espectro de emisiones de hidrógeno en la región visible. Estas son las

cuatro líneas visibles de la serie de Balmer.

Gracias a su estructura atómica relativamente simple, consistente en un solo protón y un solo

electrón para el isótopo más abundante (protio), el átomo de hidrógeno posee un espectro de

absorción que pudo ser explicado cuantitativamente lo que supuso un punto central del modelo

atómico de Bohr que sirvió como un hito en el desarrollo la teoría de la estructura atómica.

Además, la consiguiente simplicidad de la molécula de hidrógeno diatómico y el

correspondiente catión dihidrógeno, H2+, permitió una comprensión más completa de la

naturaleza del enlace químico, que continuó poco después con el tratamiento mecano-cuántico

del átomo de hidrógeno, que había sido desarrollado a mediados de la década de 1920

por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg.

Uno de los primeros efectos cuánticos que fue explícitamente advertido (pero no entendido en

ese momento) fue una observación de Maxwell en la que estaba involucrado el hidrógeno,

medio siglo antes de que se estableciera completamente la teoría mecano-cuántica. Maxwell

observó que el calor específico del H2, inexplicablemente, se desviaba del correspondiente a un

gas diatómico por debajo de la temperatura ambiente y comenzaba a parecerse cada vez más

al correspondiente a un gas monoatómico a temperaturas muy bajas. De acuerdo con la teoría

cuántica, este comportamiento resulta del espaciamiento de los niveles energéticos rotacionales

(cuantizados), que se encuentran particularmente separados en el H2 debido a su pequeña

masa. Estos niveles tan separados impiden el reparto equitativo de la energía calorífica para

generar movimiento rotacional en el hidrógeno a bajas temperaturas. Los gases diatómicos

compuestos de átomos pesados no poseen niveles energéticos rotacionales tan separados y,

por tanto, no presentan el mismo efecto que el hidrógeno.18

Abundancia[editar]



NGC 604, una enorme región de hidrógeno ionizado en la Galaxia del Triángulo.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante del universo, suponiendo más del 75 %

en materia normal por masa y más del 90 % en número de átomos.19

Este elemento se

encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. Las nubes

moleculares de H2 están asociadas a la formación de las estrellas. El hidrógeno también juega

un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión

nuclear entre núcleos de hidrógeno.

En el universo, el hidrógeno se encuentra principalmente en su forma atómica y en estado

de plasma, cuyas propiedades son bastante diferentes a las del hidrógeno molecular. Como

plasma, el electrón y el protón del hidrógeno no se encuentran ligados, por lo que presenta una

alta conductividad eléctrica y una gran emisividad (origen de la luz emitida por el Sol y otras

estrellas). Las partículas cargadas están fuertemente influenciadas por los campos eléctricos ymagnéticos. Por ejemplo, en los vientos solares las partículas interaccionan con

la magnetosfera terrestre generando corrientes de Birkeland y el fenómeno de las auroras.

Bajo condiciones normales de presión y temperatura, el hidrógeno existe como gas diatómico,

H2. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es extremadamente poco abundante en la atmósfera de

la Tierra (1 ppm en volumen), debido a su pequeña masa que le permite escapar al influjo de la

gravedad terrestre más fácilmente que otros gases más pesados. Aunque los átomos de

hidrógeno y las moléculas diatómicas de hidrógeno abundan en el espacio interestelar, son

difíciles de generar, concentrar y purificar en la Tierra. El hidrógeno es el decimoquinto

elemento más abundante en la superficie terrestre20

La mayor parte del hidrógeno terrestre se

encuentra formando parte de compuestos químicos tales como los hidrocarburos o el agua.21

El

hidrógeno gaseoso es producido por algunas bacterias y algas, y es un componente natural de

las flatulencias. El metano es una fuente de enorme importancia para la obtención del

hidrógeno.

Propiedades[editar]

Combustión[editar]



La Turbina principal del transbordador espacialquema hidrógeno líquido con oxígeno puro,

produciendo una llama casi invisible

El gas hidrógeno (dihidrógeno22

) es altamente inflamable y quema en las concentraciones de

4 % o más H2 en aire.23

la entalpía de combustión de hidrógeno es ,286 kJ/mol;24

él quema de

acuerdo con la siguiente ecuación balanceada.

2 H2(g) + O2(g) ! 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)25

Cuando se mezcla con oxígeno a través de una variedad de proporciones, de hidrógeno

explota por ignición. El hidrógeno quema violentamente en el aire, ignición

automáticamente en la temperatura de 560 °C.26

Llamas de hidrógeno-oxígeno puros

queman en la gama del color ultravioleta y son casi invisibles a simple vista, como lo

demuestra la debilidad de la llama de las turbinas principales deltransbordador espacial (a

diferencia de las llamas fácilmente visibles del cohete acelerador del sólido). Así que se

necesita un detector de llama para detectar si una fuga de hidrógeno está quemando.

La explosión del dirigible Hindenburg era un caso infame de combustión de hidrógeno, a

causa se debatida, pero los materiales combustibles en la piel de la aeronave fueron

responsables del color de las llamas.27

Otra característica de los fuegos de hidrógeno es

que las llamas tienden a ascender rápidamente con el gas en el aire, como se ilustra por

las llamas del Hindenburg , causando menos daño que fuegos de hidrocarburos. Dos

terceras partes de los pasajeros del Hindenburg sobrevivieron al incendio, y muchas de las

muertes que se produjeron fueron de caída o quema del combustible diésel.28

H2 reacciona directamente con otros elementos oxidantes. Una reacción espontánea y

violenta puede ocurrir a temperatura ambiente concloro y flúor, formando los haluros de

hidrógeno correspondientes: Cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno.29

Niveles energéticos electrónicos[editar]



Representación de los niveles energéticos del átomo de hidrógeno.

Los primeros orbitales del átomo de hidrógeno (números

cuánticos principales y azimutales).

El nivel energético del estado fundamental electrónico de un átomo de hidrógeno es -

13,6 eV, que equivale a un fotón ultravioletade, aproximadamente, 92 nm de longitud de

onda.

Los niveles energéticos del hidrógeno pueden calcularse con bastante precisión

empleando el modelo atómico de Bohr, que considera que el electrón orbita alrededor del

protón de forma análoga a la órbita terrestre alrededor del Sol. Sin embargo, la fuerza

electromagnética hace que el protón y el electrón se atraigan, de igual modo que los

planetas y otros cuerpos celestes se atraen por la fuerza gravitatoria. Debido al carácterdiscreto (cuantizado) del momento angular postulado en los inicios de la Mecánica

Cuántica por Bohr, el electrón en el modelo de Bohr solo puede orbitar a ciertas distancias

permitidas alrededor del protón y, por extensión, con ciertos valores de energía permitidos.

Una descripción más precisa del átomo de hidrógeno viene dada mediante un tratamiento

puramente mecano - cuántico que emplea la ecuación de onda de Schrödinger o la

formulación equivalente de las integrales de camino de Feynman para calcular la densidad

de probabilidad del electrón cerca del protón.30

El tratamiento del electrón a través de

la hipótesis de De Broglie (dualidad onda - partícula) reproduce resultados químicos (tales

como la configuración del átomo de hidrógeno) de manera más natural que el modelo de



partículas de Bohr, aunque la energía y los resultados espectrales son los mismos. Si en la

construcción del modelo se emplea la masa reducida del núcleo y del electrón (como se

haría en el problema de dos cuerpos en Mecánica Clásica), se obtiene una mejor

formulación para los espectros del hidrógeno, y los desplazamientos espectrales correctos

para el deuterio y el tritio. Pequeños ajustes en los niveles energéticos del átomo de

hidrógeno, que corresponden a efectos espectrales reales, pueden determinarse usando la

teoría mecano-cuántica completa, que corrige los efectos de la relatividad

especial (ver ecuación de Dirac), y computando los efectos cuánticos originados por laproducción de partículas virtuales en el vacío y como resultado de los campos eléctricos

(ver Electrodinámica Cuántica).

En el hidrógeno gaseoso, el nivel energético del estado electrónico fundamental está

dividido a su vez en otros niveles deestructura hiperfina, originados por el efecto de las

interacciones magnéticas producidas entre los espines del electrón y del protón. La energía

del átomo cuando los espines del protón y del electrón están alineados es superior que

cuando los espines no lo están. La transición entre esos dos estados puede tener lugar

mediante la emisión de un fotón a través de una transición dedipolo magnético.

Los radiotelescopios pueden detectar la radiación producida en este proceso, lo que sirve

para crear mapas de distribución del hidrógeno en la galaxia.

Formas elementales moleculares[editar] Artículo principal: Isómeros spin del hidrógeno

Las primeras trazas observadas en una cámara de burbujas de hidrógeno líquido en

el Bevatron.

Existen dos tipos distintos de moléculas diatómicas de hidrógeno que difieren en la relación

entre los espines de sus núcleos:31

En la forma de ortohidrógeno, los espines de los dos

protones son paralelas y forman un estado triplete, en forma de para-hidrógeno, los spins

son antiparalelas y forman un singular. En condiciones normales de presión y temperatura

el hidrógeno gaseoso contiene aproximadamente un 25 % de la forma para y un 75 % de la

forma orto , también conocida como "forma normal".32

La relación del equilibrio entre

ortohidrógeno y parahidrógeno depende de la temperatura, pero puesto que la forma orto



es un estado excitado, y por tanto posee una energía superior, es inestable y no puede ser

purificada. A temperaturas muy bajas, el estado de equilibrio está compuesto casi

exclusivamente por la forma para . Las propiedades físicas del para-hidrógeno puro difieren

ligeramente de las de la forma normal (orto ).33

La distinción entre formas orto / para también

se presenta en otras moléculas o grupos funcionales que contienen hidrógeno, tales como

el agua o el metileno.

La interconversión no catalizada entre el parahidrógeno y el ortohidrógeno se incrementa al

aumentar la temperatura; por esta razón, el H2 condensado rápidamente contiene grandes

cantidades de la forma orto que pasa a la forma para lentamente.34

La relación orto / para en

el H2 condensado es algo importante a tener en cuenta para la preparación y el

almacenamiento del hidrógeno líquido: la conversión de la forma orto a la

forma para es exotérmica y produce el calor suficiente para evaporar el hidrógeno líquido,

provocando la pérdida del material licuado. Catalizadores para la interconversión orto / para ,

tales como compuestos de hierro, son usados en procesos de refrigeración con

hidrógeno.35

Una forma molecular llamada "hidrógeno molecular protonado ", H3+, se encuentra en el

medio interestelar, donde se genera por la ionización del hidrógeno molecular provocada

por los rayos cósmicos. También se ha observado en las capas superiores de la atmósfera

de Júpiter. Esta molécula es relativamente estable en el medio del espacio exterior debido

a las bajas temperaturas y a la bajísima densidad. El H3+ es uno de los iones más

abundantes del universo, y juega un papel notable en la química del medio interestelar.36

Hidrógeno metálico[editar] Artículo principal: Hidrógeno metálico

Si bien se suele catalogar al hidrógeno como no metal, a altas temperaturas y presiones

puede comportarse como metal. En marzo de 1996, un grupo de científicos del Laboratorio

Nacional Lawrence Livermore informó de que habían producido casualmente, durante

un microsegundo y a temperaturas de miles de kelvins y presiones de más de un millón de

atmósferas (> 100 GPa), el primer hidrógeno metálico identificable.37

Compuestos[editar] Categoría principal: Compuestos de hidrógeno

Compuestos covalentes y orgánicos[editar]

A pesar de que el H2 no es muy reactivo en condiciones normales, forma multitud de

compuestos con la mayoría de los elementos químicos. Se conocen millones de

hidrocarburos, pero no se generan por la reacción directa del hidrógeno elemental con

el carbono (aunque la producción del gas de síntesis seguida del proceso Fischer -

Tropsch para sintetizar hidrocarburos parece ser una excepción pues comienza

con carbón e hidrógeno elemental generado in situ). El hidrógeno puede formar

compuestos con elementos más electronegativos, tales como

los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo) o los calcógenos (oxígeno, azufre, selenio); en

estos compuestos, el hidrógeno adquiere carga parcial positiva debido a la polaridad del

enlace covalente. Cuando se encuentra unido al flúor, al oxígeno o al nitrógeno, el

hidrógeno puede participar en una modalidad de enlace no covalente llamado "enlace de

hidrógeno" o "puente de hidrógeno", que es fundamental para la estabilidad de muchas

moléculas biológicas. El hidrógeno puede también formar compuestos con elementos

menos electronegativos, tales como metales o semi - metales, en los cuales adquierecarga parcial negativa. Estos compuestos se conocen como hidruros.

El hidrógeno forma una enorme variedad de compuestos con el carbono. Debido a su

presencia en los seres vivos, estos compuestos se denominan compuestos orgánicos; el

estudio de sus propiedades es la finalidad de la Química Orgánica, y el estudio en el

contexto de los organismos vivos se conoce como Bioquímica. Atendiendo a algunas

definiciones, los compuestos "orgánicos" requieren la presencia de carbono para ser

denominados así (ahí tenemos el clásico ejemplo de laurea) pero no todos los compuestos

de carbono se consideran orgánicos (es el caso del monóxido de carbono, o

los carbonatos metálicos. La mayoría de los compuestos orgánicos también contienen



hidrógeno y, puesto que es el enlace carbono-hidrógeno el que proporciona a estos

compuestos muchas de sus principales características, se hace necesario mencionar

el enlace carbono-hidrógeno en algunas definiciones de la palabra "orgánica" en Química.

(Estas recientes definiciones no son perfectas, sin embargo, ya que un compuesto

indudablemente orgánico como la urea no podría ser catalogado como tal atendiendo a

ellas).

En la Química Inorgánica, los hidruros pueden servir también como ligandos puente que

unen dos centros metálicos en un complejo de coordinación. Esta función es

particularmente común en los elementos del grupo 13, especialmente en

los boranos (hidruros de boro) y en los complejos de aluminio, así como en

los clústers decarborano.21

Algunos ejemplos de compuestos covalentes importantes que contienen hidrógeno

son: amoniaco (NH3), hidracina (N2H4), agua (H2O), peróxido de hidrógeno (H2O2),sulfuro

de hidrógeno (H2S), etc.

Hidruros[editar]

A menudo los compuestos del hidrógeno se denominan hidruros, un término usado con

bastante inexactitud. Para los químicos, el término "hidruro" generalmente implica que el

átomo de hidrógeno ha adquirido carga parcial negativa o carácter aniónico (denotado

como H-). La existencia del anión hidruro, propuesta por G. N. Lewis en 1916 para los

hidruros iónicos del grupo 1 (I) y 2 (II), fue demostrada por Moers en 1920 con la

electrolisis del hidruro de litio (LiH) fundido, que producía una cantidad estequiométrica de

hidrógeno en el ánodo.38

Para los hidruros de metales de otros grupos, el término es

bastante erróneo, considerando la baja electronegatividad del hidrógeno. Una excepción

en los hidruros del grupo II es el BeH2, que es polimérico. En el tetrahidruroaluminato (III)

de litio, el anión AlH4-posee sus centros hidrúricos firmemente unidos al aluminio (III).

Representación del ion hidronio(H3O+), en la que se puede apreciar la

condensación de carga negativa en el átomo de oxígeno, y el carácter positivo de

los átomos de hidrógeno.

Aunque los hidruros pueden formarse con casi todos los elementos del grupo principal, el

número y combinación de posibles compuestos varía mucho; por ejemplo, existen más de

100 hidruros binarios de boro conocidos, pero solamente uno de aluminio.39

El hidruro

binario de indio no ha sido identificado aún, aunque existen complejos mayores.40

«Protones» y ácidos[editar]



La oxidación del H2 formalmente origina el protón, H+. Esta especie es fundamental para

explicar las propiedades de los ácidos, aunque el término «protón» se usa imprecisamente

para referirse al hidrógeno catiónico o ion hidrógeno, denotado H+. Un protón aislado H

+ no

puede existir en disolución debido a su fuerte tendencia a unirse a átomos o moléculas con

electrones mediante unenlace coordinado o enlace dativo. Para evitar la cómoda, aunque

incierta, idea del protón aislado solvatado en disolución, en las disoluciones ácidas

acuosas se considera la presencia del ion hidronio (H3O+) organizado en clústers para

formar la especie H9O4+

.41

Otros iones oxonio están presentes cuando el agua formadisoluciones con otros disolventes.

42

Aunque exótico en la Tierra, uno de los iones más comunes en el universo es el H3+,

conocido como hidrógeno molecular protonado o catión hidrógeno triatómico.43

Isótopos[editar] Artículo principal: Isótopos de hidrógeno

Protio, deuterio y tritio.

Tubo de descarga lleno de hidrógeno puro.

Tubo de descarga lleno de deuterio puro.

El protio, el isótopo más común del hidrógeno, tiene un protón y un electrón. Es el

único isótopo estable que no posee neutrones.

El isótopo más común de hidrógeno no posee neutrones, existiendo otros dos,

el deuterio (D) con uno y el tritio (T), radiactivo con dos. El deuterio tiene una abundancia



natural comprendida entre 0,0184 y 0,0082 % (IUPAC). El hidrógeno es el único elemento

químico que tiene nombres y símbolos químicos distintos para sus diferentes isótopos.

El hidrógeno también posee otros isótopos altamente inestables (del4H al

7H), que fueron

sintetizados en el laboratorio, pero nunca observados en la naturaleza.44

45

•

1H, conocido como protio, es el isótopo más común del hidrógeno con una abundancia de más

del 99,98 %. Debido a que el núcleo de este isótopo está formado por un solo protón se le habautizado como protio, nombre que a pesar de ser muy descriptivo, es poco usado.

•

!H, el otro isótopo estable del hidrógeno, es conocido como deuterio y su núcleo contiene un

protón y un neutrón. El deuterio representa el 0,0026 % o el 0,0184 % (según sea en fracción

molar o fracción atómica) del hidrógeno presente en la Tierra, encontrándose las menores

concentraciones en el hidrógeno gaseoso, y las mayores (0,015 % o 150 ppm) en aguas

oceánicas. El deuterio no es radiactivo, y no representa un riesgo significativo de toxicidad. El

agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar de hidrógeno1H (protio), se

denomina agua pesada. El deuterio y sus compuestos se emplean en marcado no radiactivo en

experimentos y también en disolventes usados en espectroscopia 1H - RMN. El agua pesada se

utiliza como moderador de neutrones y refrigerante en reactores nucleares. El deuterio es

también un potencial combustible para la fusión nuclearcon fines comerciales.

•

"H se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo,

desintegrándose en -2He+ a través de unaemisión beta. Posee un periodo de

semidesintegración de 12,33 años.21

Pequeñas cantidades de tritio se encuentran en la

naturaleza por efecto de la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos.

También ha sido liberado tritio por la realización de pruebas de armamento nuclear. El tritio se

usa en reacciones de fusión nuclear, como trazador en Geoquímica Isotópica, y en dispositivos

luminosos auto - alimentados. Antes era común emplear el tritio como radiomarcador en

experimentos químicos y biológicos, pero actualmente se usa menos.

El hidrógeno es el único elemento que posee diferentes nombres comunes

para cada uno de sus isótopos (naturales). Durante los inicios de los

estudios sobre la radiactividad, a algunos isótopos radiactivos pesados les

fueron asignados nombres, pero ninguno de ellos se sigue usando. Los

símbolos D y T (en lugar de .H y -H) se usan a veces para referirse al

deuterio y al tritio, pero el símbolo P corresponde al fósforo y, por tanto, nopuede usarse para representar al protio. La IUPAC declara que aunque el

uso de estos símbolos sea común, no es lo aconsejado.

Reacciones biológicas[editar] Artículo principal: Biohidrógeno

H2 es un producto de algunos tipos de metabolismo anaeróbico y es

producido por diversos microorganismos, por lo general a través de

reacciones catalizadas por enzimas que

contienen hierro o níquel llamadas hidrogenasas. Estas enzimas catalizan la

reacción redox reversible entre H2 y sus componentes, dos protones y dos

electrones. La creación de gas de hidrógeno ocurre en la transferencia de

reducir equivalentes producidos durante la fermentación del piruvato al

agua.46

La separación del agua, en la que el agua se descompone en sus

componentes, protones, electrones y oxígeno ocurre durante la fase clara en

todos los organismosfotosintéticos. Algunas organizaciones —incluyendo el

alga Chlamydomonas reinhardtii y cianobacteria— evolucionaron un paso

más en la fase oscura en el que los protones y los electrones se reducen

para formar gas de H2 por hidrogenasas especializadas en

el cloroplasto.47

Se realizaron esfuerzos para modificar genéticamente las

hidrogenasas de cianobacterias para sintetizar de manera eficiente el gas



H2 incluso en la presencia de oxígeno.48

También se realizaron esfuerzos

con algas modificadas genéticamente en un biorreactor.49

hidrógeno y sus características

Documents