Hidróxeno

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: Hidróxeno (homónimos).

Hidróxeno
- ← Hidróxeno → Helio -     1 H                                                                                                                                                                                                                                           H Li Táboa periódica dos elementos
Información xeral
Nome, símbolo, número	Hidróxeno, H, 1
Serie química	Non metais
Grupo, período, bloque	1, 1, s
Densidade	0,089 9 kg/m3
Aparencia	Incoloro
N° CAS	{{{CAS}}}
N° EINECS	{{{EINECS}}}
Propiedades atómicas
Masa atómica	u
Radio medio	25 pm
Radio atómico (calc)	53 pm
Radio covalente	37 pm
Radio de van der Waals	120 pm
Configuración electrónica	1s1
Electróns por nivel de enerxía	1
Estado(s) de oxidación	1, -1
Óxido	Anfótero
Estrutura cristalina	hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario	Gas
Punto de fusión	14,025 K
Punto de ebulición	20,268 K
Punto de inflamabilidade	255 K
Entalpía de vaporización	0,44936 kJ/mol
Entalpía de fusión	0,05868 kJ/mol
Presión de vapor	209 Pa a 23 K
Temperatura crítica	23,97 K
Presión crítica	1,293·106 Pa
Volume molar	22,42×10-3 m3/mol
Velocidade do sonido	1270 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	2,2
Calor específica	1,4304·104 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	- S/m
Condutividade térmica	0,1815 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	1312 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización2}}} kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización3}}} kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización4}}} kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización5}}} kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización6}}} kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 1H 99,985 % estable con 0 Neutróns 2H 0,015 % estable con 1 neutróns 3H sintético 12,33 anos β 0,019 3He
Nota: unidades segundo o SI e en CNPT, salvo indicación contraria.

O hidróxeno é o elemento máis sinxelo, cun só protón e un só electrón.

Ten tres isótopos naturais:

• ₁H Protio, cun 99,985%de abundancia,

• ₂H Deuterio, cun neutrón no seu núcleo xunto co protón, en abundancia de 0,015%,

• ₃H Tritio é un isótopo inestable, cun período de semidesintegración de 12346 anos.

Coñécense outros isótopos inestables, que non se atopan na natureza: ₄H, ₅H e ₆H.

Foi descuberto en Londres no 1766 por Henry Cavendish. Para a súa obtención úsase auga (por electrólise), petróleo, gas natural, ...

Úsase para o procesado de alimentos (como a hidroxenación de aceites), na industria (como redutor, para a síntese de amoníaco no chamado Proceso Haber, do metanol, do ácido clorhídrico e de diversas combinacións orgánicas), como combustible de foguetes, na soldadura autóxena, como refrixerante (en estado líquido), nas células combustibles, etc.

Xeneralidades

O hidróxeno é un elemento químico de número atómico 1. A temperatura ambiente é un gas diatómico inflamable, incoloro e inodoro, e é o elemento químico máis lixeiro e máis abondoso do Universo, compoñente principal das estrelas durante a meirande parte da súa vida (en estado de plasma). Aparece ademais en multitude de substancias, como por exemplo a auga e os compostos orgánicos e é capaz de reaccionar coa meirande parte dos elementos. O núcleo do isótopo máis abundante está formado por un só protón. Ademais existen outros dous isótopos naturais: o deuterio, con un neutrón e o tritio con dous.

No laboratorio obtense pola reacción de ácidos con metais como o zinc e de xeito industrial por electrólise da auga, aínda que se están investigando outros métodos nos que interveñen as algas verdes. A nivel industrial, o método máis usado é o chamado steam reforming (reforma en vapor) do metano. O hidróxeno emprégase na produción de amoníaco, como combustible alternativo e comézase a usar nas pilas de combustible.

Características principais

O hidróxeno é o elemento químico máis lixeiro, estando o seu isótopo máis abundante feito por un único par protón-electrón. En condicións normais de presión e temperatura forma un gas diatómico, H₂ cun punto de ebulición de tan só 20,27 K (-252,88 °C) e un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 °C). A moi alta presión, como no núcleo das estrelas xigantes de gas, as moléculas varían as súas propiedades e o hidróxeno convértese nun líquido metálico (ver hidróxeno metálico). A moi baixa presión, como a do espazo exterior, o hidróxeno tende a existir en átomos individuais, sinxelamente porque é mui baixa a probabilidade de que se combinen; porén, cando isto sucede poden chegar a formarse nubes de H₂ que se asocian á xénese das estrelas.

Este elemento ten unha función fundamental no universo, pois pola fusión estelar (combinación de átomos de hidróxeno do que resulta un átomo de helio) proporciona grandes cantidades de enerxía.

Aplicacións

Na industria necesítanse grandes cantidades de hidróxeno, principalmente no proceso de Haber para a obtención de amoníaco, na hidroxenación de graxas e aceites e na obtención de metanol. Outros usos que poden citarse son:

• Produción de ácido clorhídrico, combustible para foguetes, e redución de minerais metálicos.
• Propulsor de foguetes
• O hidróxeno líquido emprégase en aplicacións crioxénicas, incluso na investigación da supercondutividade.
• Empregado antigamente pola súa lixeireza como gas de recheo en globos e cepelíns, despois do desastre do Hindenburg abandonouse este uso pola súa grande inflamabilidade.
• O tritio prodúcese nas reaccións nucleares e emprégase na construción de bombas de hidróxeno. Tamén emprégase como fonte de radiación en pinturas luminosas e como marcador en bioloxía.
• O deuterio emprégase en aplicacións nucleares como moderador, como constituínte do auga pesada.

O hidróxeno pode empregarse en motores de combustión interna. Unha flota de automóbiles con motores deste tipo mantense de xeito experimental por Chrysler-BMW. Ademais, as pilas de combustible en desenvolvemento parece que poden ser capaces de ofertar unha alternativa limpa e económica ós motores de combustión interna. Ver: Enerxías renovables en Alemaña

Historia

O hidróxeno (do francés Hydrogène, derivado á súa volta do grego hydor, auga e gennasin, xerar) foi recoñecido como un elemento químico en 1776 por Henry Cavendish; despois Antoine Lavoisier deulle o nome polo que é coñecido.

Niveis de enerxía

O estado enerxético fundamental do electrón nun átomo de Hidróxeno é de 13,6 eV, equivalente a un fotón ultravioleta de aproximadamente 92 nm.

Segundo o Modelo de Bohr, os niveis enerxéticos do átomo de Hidróxeno poden ser calculados aproximadamente. Baséase no cálculo do movemento dun electrón arredor dun protón, ó xeito da Terra arredor do Sol, se ben no caso planetario a forza é a da gravidade, mentres no átomo é a forza electromagnética. Outra diferencia é debida á consideración da Mecánica cuántica, resultando que as posicións do electrón están estatisticamente limitadas. O modelado do átomo de hidróxeno deste xeito subministra os niveis correctos para a enerxía e o espectro.

Abundancia e obtención

O hidróxeno é o elemento máis abondoso, o 75% da masa e o 90% dos átomos do universo. Atópase en abundancia nas estrelas e nos planetas xigantes gasosos. Non obstante, na atmosfera terrestre atópase só nunha fracción de 1 ppm en volume.

A fonte máis común de hidróxeno é a auga, composta por dous átomos de hidróxeno e un de osíxeno (H₂O). Outra fonte é a meirande parte dos compostos orgánicos, incluídos os participantes nas formas vivas, os combustibles fósiles e o gas natural. O metano, produto da descomposición orgánica, estase a usar cada vez máis para a obtención do hidróxeno.

O hidróxeno Obtense por:

• Electrólise da auga; na actualidade investígase a fotólise da auga.
• Reformado de hidrocarburos con vapor de auga.
• Ataque de metais con hidróxido de sodio ou elemento.
• Ataque de metais (cinc e aluminio) con ácidos sulfúrico ou clorhídrico.

Compostos

O hidróxeno ten unha electronegatividade intermedia (2,2), polo que pode formar compostos nos que ser o elemento con maior ou menor carácter metálico. Tanto cos elementos metálicos dos grupos 1 e 2 como cos non metais dos grupos 15, 16 e 17 forma hidruros. Cos primeiros está presente en forma de H^- (é algo así como se o hidróxeno estivera disolto entre os átomos do outro elemento) mentres que nos segundos está presente como ión H⁺, polo que estes derradeiros teñen carácter ácido, con forte tendencia a atraer electróns. Os ácidos en disolución forman ións hidronio (H₃O⁺).

Algúns compostos binarios son amoníaco (NH₃), hidracina (N₂H₄), auga (H₂O), auga osixenada (H₂O₂), sulfuro de hidróxeno (H₂S), etc. Na formación destes compostos libérase unha grande cantidade de enerxía; por exemplo, H e O queiman explosivamente no aire.

Co carbono (elemento do grupo 14) forma unha grande cantidade de compostos, os hidrocarburos e derivados que son o obxecto de estudo da química orgánica.

Formas

En condicións normais, o gas hidróxeno é unha mestura de dous tipos de hidróxeno diferentes en función da dirección do espín dos seus electróns e núcleos. Estas formas coñécense como orto- e para-hidróxeno. O hidróxeno normal está composto por un 25% da forma para- e un 75% da forma orto-, a considerada "normal", aínda que non poda obterse en estado puro. Ámbalas dúas formas teñen enerxías lixeiramente diferentes, o que provoca que as súas propiedades físicas non sexan idénticas; así, a forma para- ten puntos de fusión e fervenza 0,1 K máis baixos que a forma orto-.

Isótopos

O isótopo máis común do hidróxeno, chamado protio, non ten neutróns, existindo outros dous, o deuterio (D) con un e o tritio (T), radioactivo con dous. O deuterio ten unha abundancia natural entre 0,0184€ e 0,0082% (IUPAC), mentres do Tritio e outros isótopos máis pesados só existen trazas.

• ³H : O terceiro isótopo, radioactivo, o Tritio contén 2 neutróns e o protón. Emite radiación beta e ten unha vida media de 12,32 anos.
• ⁴H : O Hidróxeno-4 foi sintetizado bombardeando tritio con núcleos de deuterio rápido. Descomponse radiactivamente a través da emisión de neutróns e ten unha vida media de 9,93696x10^-23 segundos.
• ⁵H : En 2001 os científicos detectaron hidróxeno-5 bombardeando hidróxeno con ións pesados. Descomponse por emisión de neutróns cunha vida media de 8,01930x10^-23 seconds.
• ⁶H : O Hidróxeno-6 descomponse a través dunha tripla emisión de neutróns cunha vida media de 3,26500^-22 s.
• ⁷H : En 2003 foi creado o hidróxeno-7 no laboratorio RIKEN no Xapón por colisión dun feixe de alta enerxía de átomos de helio-8 cunha diana de hidróxeno crioxénico, detectando núcleos de tritio e neutróns a partir da ruptura deste hidróxeno, método parello ó usado para detectar e producir hidróxeno-5.

O hidróxeno é o único elemento químico para o que se usan nomes, e símbolos químicos, distintos para os seus diferentes isótopos.

Precaucións

O hidróxeno é un gas extremadamente inflamable. Reacciona violentamente co flúor e cloro, especialmente co F, co que a reacción é tan rápida e imprevisible que non se pode controlar. Tamén é perigosa a súa despresurización rápida, pois a diferencia do resto de gases, ó expandirse por riba de -40 °C quéntase, e pode inflamarse.
A auga pesada é tóxica para a meirande parte das especies, aínda que a dose mortal é moi grande.

Véxase tamén

Outros artigos

• Táboa periódica dos elementos
• Espectro do hidróxeno

Ligazóns externas

• WebElements.com
• EnvironmentalChemistry.com
• Es Elemental
• El hidrógeno como combustible
• Máis sobre o H
• Los Alamos National Laboratory – Hidróxeno (en inglés)
• RIKEN Beam Science Laboratory, Xapón - Investigación sobre hidrógeno pesado
• Núcleos e isótopos Cuadraxésima edición: Chart of the Nuclides, General Electric Company, 1989