26 Gases Nobles 19 05 05
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Química General e Inorgánica
Clase 24. 19 de mayo de 2005
HidrógenoGases nobles
Prof. Alberto Boveris
H HH
Hidrógeno (elemento): número atómico 1, gas diatómico, masa molar 2.016, pf 4 K (-259 °C), pe 20 K (-253 °C), densidad gas 0.090 (punto triple), Tabla periódica: grupo 1, grupo 17 o no-grupo.
Atomo de hidrógeno: masa atómica 1.0079; configuración electrónica (o de valencia) 1s1, radio atómico 30-32 pm.
Núcleo, un protón, diámetro 0.01 pm
Radio atómico, diámetro 30 pm
H(g) + H(g) H2(g) H° = - 436.4 kJ
H•(g) + H•(g) H2(g)
La reacción de disociación (H2 2 H) ocurre 9 % a 300 °C y 94 % a 500 °C.
Como elemento el 80 % de la masa del universo, 1 % de la biosfera terrestre y 12 % de la masa del cuerpo humano. No se encuentra libre, ni como elemento ni como molécula, en la atmósfera terrestre.
El hidrógeno molecular (H2) es un producto industrial utilizado en la síntesis de amoníaco, en numerosas síntesis químicas de moléculas orgánicas y en la hidrogenación de los aceites vegetales.
El H2 es utilizado como combustible. Se lo considera el “combustible del futuro” ante el agotamiento de los combustibles fósiles
H2(g) + ½ O2(g) H2O(g) H° = - 241.8 kJ
con un rendimiento de 120 kJ/g
Obtención de hidrógeno molecular1. En el laboratorio:
Zn0(s) + 2 HCl(ac) ZnCl2(ac) + H2(g)
Na0(s) + 2 H2O(l) 2 NaOH(ac) + H2(g)
2. Procedimientos industriales2.1 Electrólisis de agua ácida (2 V a 80 °C)
H2O H+ + HO- 2 H+ + 2e - H2(g)
2.2 Propano y vapor de agua a 800 °C (catalizador; alúmina)C3H8(g) + 3 H2O(g) 3 CO + 7 H2(g)
2.3 Carbón calentado al rojo 900 °C y vapor de aguaC(s) + H2O(g) CO (g) + H2(g)
Reactividad del hidrógeno (1)
1. Oxidación en un electrodo (reversible)
H2 2 H+ + 2 e-
2. Formación de hidruros2.1. Hidruros iónicos, con metales de los grupos 1 y 2 y el
hidrógeno como grupo 17, actuando como H- (hidruro)
H2(g) + 2 Li0(s) 2 LiH(s)
H2(g) + Ca0(s) CaH2(s)
Los hidruros iónicos se descomponen en agua dando los hidróxidos de los metales y el ión hidruro, sin vida libre, que reacciona inmediatamente con agua
H-(ac) + H2O(l) OH-(ac) + H2(g)
+2 e-
H+
H2
H+
2.2. Hidruros covalentes, con Be, B, C, N, O y F (los no metalesde los grupos 13, 14, 15, 16 y 17.
3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)
H2(g) + ½ O2(g) H2O(l)
H2(g) + F2(g) 2 FH(g)
2.3. Hidruros intersticiales, no estequiométricos, con algunosmetales (Ti, Pd)
H2(g) + Ti(s) TiH1.8-2.0(s)
H2(g) + Pd(s) solución de gas (H2) en metal (Pd)
Reactividad del hidrógeno (2)
Los isótopos (de iso y topos, del mismo lugar) tienen igualnúmero de protones (número atómico) y electrones (propiedades químicas iguales) y distinta masa molecular. Son muy usados en ensayos químicos y diagnósticos.
Isótopos del hidrógeno (los únicos con nombre propio).
Número Masa Nombre Símbolo atómico molecular Estructura Abundancia
Hidrógeno,protio 1H 1 1.008 1 H+, 1 e- 99.985 %
Deuterio 2D 1 2.008 1 H+, 1 n, 1 e- 0.015 %
Tritio 3T 1 3.008 1 H+, 2 n, 1 e- artificial*
* Tiempo de vida medio (t1/2) = 12.5 años
Isótopos del hidrógeno
Propiedades del óxido de deuterio o agua pesada
Propiedad H2O D2O
Masa molar 18.016 20.016
Punto fusión O °C 3.8 °C
Punto ebullición 100 °C 101.4 °C
Densidad 1.000 1.108
El agua pesada se usa como moderador de la velocidad de los neutrones en los reactores nucleares y en estudios de mecanismos químicos.
Muchas reacciones químicas son afectadas al cambiar el solvente de agua a agua pesada
Gases nobles (inertes, raros)
Gases monoatómicos, constituyen el grupo 18, tienen sus capas de electrones de valencia completas y propiedades físicas y químicas características del grupo.
Propiedades de los gases nobles
Número Masa Radio Punto PuntoNombre Símbolo atómico atómica atomico fusión ebullición
(pm) ----- (°C) -----
Helio He 2 4.003 50 -273 -268
Neón Ne 10 20.18 70 -249 -246
Argón Ar 18 39.95 98 -189 -186
Kripton Kr 36 83.80 112 -157 -152
Xenón Xe 54 131.3 131 -112 -107
Radón Rn 86 222 140 -71 -61
La estabilidad química de los gases nobles se usa para abreviar la notación de la
configuración electrónica Configuración electrónica de los grupos 1 y 2 Grupo 1 Grupo 2
Li [He]2s1 Be [He]2s2
Na [Ne]3s1 Mg [Ne]3s2
K [Ar]4s1 Ca [Ar]4s2
Rb [Kr]5s1 Sr [Kr]5s2
Cs [Xe]6s1 Ba [Xe]5s2
Fr [Rn]7s1 Ra [Ar]7s2
Densidad relativaDensidades relativa de los gases nobles
Helio 0.178Neón 0.899Argón 0.178Kripton 3.749Xenon 5.887Radón 9.73
Nitrógeno-oxígeno 1.25-1.49Hidrógeno 0.089
OBTENCION
Ne, Ar, Kr y Xe se obtienen del aire líquido.
He y Ra de gases en minas.
Reactividad de los gases nobles
A partir de 1960 se observó una reactividad química de los gases nobles con algunos elementos. La primer reacción observada fue:
Xe(g) + PtF6(g) XePtF6(s)
Se han preparado numerosos compuestos sólidos de Xenón, entre ellos: XeF4, XeO3, XeO4, y algunos
compuestos de Kriptón, como KrF2(s).
No se conocen compuestos de helio, neón, argón o radón.
Usos de los gases nobles
Helio: para propulsar globos y como atmósfera inerte para buzos a alta profundidad.
Neón: en los carteles luminosos.
Argón: como gas inerte en el laboratorio y la industria.
Kripton: en lámparas de alta luminosidad. Es un indicador atmosférico de actividad nuclear.
Xenón: en lámparas de alta luminosidad
Radón: en el tratamiento de ciertos cánceres. Se ha descripto la “enfermedad del radón” (desgano en edificios con poca ventilación)