Hidrógeno diatómico

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Para otros usos del término Hidrógeno véase Hidrógeno (desambiguación).

Hidrógeno diatómico
General
Nomenclatura IUPAC	Hidrógeno
Fórmula semidesarrollada	H₂
Propiedades físicas
Estado de agregación	Gas
Masa molecular	2,01589(4) uma
Punto de fusión	? K (? °C)
Punto de ebullición	? K (? °C)
Propiedades químicas
Solubilidad en agua	n/d
KPS	n/d
Momento dipolar	n/d D
Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. Exenciones y referencias

El hidrógeno diatómico, un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno; a temperatura ambiente es un gas inflamable, incoloro e inodoro.

En laboratorio se obtiene mediante la reacción de ácidos con metales como el zinc e industrialmente mediante la electrólisis del agua, aunque se están investigando otros métodos en los que intervienen las algas verdes. El hidrógeno se emplea en la producción de amoniaco, como combustible alternativo y recientemente para el suministro de energía en las pilas de combustible.

Tiene un punto de ebullición de tan sólo 20,27 K (-252,88 °C) y un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 °C). A muy alta presión, tal como la que se produce en el núcleo de las estrellas gigantes de gas, las moléculas mudan su naturaleza y el hidrógeno se convierte en un líquido metálico (ver hidrógeno metálico). A muy baja presión, como la del espacio, el hidrógeno tiende a existir en átomos individuales, simplemente porque es muy baja la probabilidad de que se combinen, sin embargo, cuando esto sucede pueden llegar a formarse nubes de H₂ que se asocian a la génesis de las estrellas.

Tabla de contenidos

1 Aplicaciones
- 1.1 Hidrógeno como combustible
2 Historia
3 Abundancia y obtención
4 Formas
5 Precauciones
- 5.1 Peligros
- 5.2 Almacenamiento
  - 5.2.1 Hidrogeneras
6 Véase también
7 Enlaces externos

[editar] Aplicaciones

Industrialmente se precisan grandes cantidades de hidrógeno, principalmente en el proceso de Haber para la obtención de amoniaco, en la hidrogenación de grasas y aceites y en la obtendión de metanol. Otros usos que pueden citarse son:

Producción de ácido clorhídrico, combustible para cohetes, y reducción de minerales metálicos.
El hidrógeno líquido se emplea en aplicaciones criogénicas, incluyendo la investigación de la superconductividad.
Empleado antaño por su ligereza como gas de relleno en globos y zepelines, tras el desastre del Hindenburg se abandonó su uso por su gran inflamabilidad.

El hidrógeno puede emplearse en motores de combustión interna. Una flota de automóviles con motores de este tipo es mantenida en la actualidad por Chrysler-BMW. Además, las pilas de combustible en desarrollo parece que serán capaces de ofrecer una alternativa limpia y económica a los motores de combustión interna. Ver: Energías renovables en Alemania

[editar] Hidrógeno como combustible

Debido a que el hidrógeno es escaso en forma libre y la mayor parte de él se encuentra combinado con otros elementos, no es una fuente de energía primaria, como sí lo son el gas natural, el petróleo y el carbón. En realidad el hidrógeno es un vector energético, es decir un portador de energía que se debe producir a partir de fuentes primarias. Aun así el hidrógeno como combustible presenta diversas ventajas. El hidrógeno se quema en el aire libre cuando hay concentraciones entre el 4 y 75% de su volumen, en cambio el gas natural lo hace entre 5,4 y 15%. La temperatura por combustión espontánea es de 585 °C, mientras que para el gas natural es de 540 °C. El gas natural explota en concentraciones de 6.3 a 14%, mientras que el hidrógeno requiere concentraciones entre el 13 y el 64%, por lo que el gas natural es más explosivo que el hidrógeno.

En la actualidad existen cuatro formas de utilizar el hidrógeno para producir energía:

Uniendo sus núcleos dentro de un reactor denominado Tokamak, durante el proceso conocido como fusión nuclear.
Combinándolo electroquímicamente con el oxígeno sin generar flama para producir directamente electricidad dentro de un reactor conocido como celda de combustible.
Combinándolo químicamente con el oxígeno del aire a través de quemadores convencionales y a través de procesos catalíticos, teniendo este método una amplia aplicación doméstica.
Combinándolo químicamente con el oxígeno en medio acuoso dentro de una caldera no convencional para producir vapor motriz, en el ciclo conocido como Chan K'iin [1].

Uno de los principales problemas que se tienen con el hidrógeno es su almacenamiento y transporte. Si se confina en forma gaseosa, el contenedor tendría que soportar presiones de hasta 200 atmósferas. Si se desea almacenar en forma líquida, se tiene que enfriar a -253 °C y posteriormente guardarse en un depósito perfectamente aislado. Otra forma de almacenamiento se puede llevar a cabo mediante una reacción química reversible con diversas sustancias formando hidruros metálicos.

[editar] Historia

El hidrógeno (del francés Hydrogène, a su vez del griego hydor, agua y gennasin, generar) fue reconocido como un elemento químico en 1776 por Henry Cavendish; más tarde Antoine Lavoisier le daría el nombre por el que lo conocemos.

[editar] Abundancia y obtención

La fuente más común de hidrógeno es el agua, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O). Otras fuentes son la mayor parte de los compuestos orgánicos, incluyendo todas las formas de vida conocidas, los combustibles fósiles y el gas natural. El metano, producto de la descomposición orgánica, está adquiriendo una creciente importancia como fuente de hidrógeno.

El hidrógeno se obtiene de distintas formas:

Electrólisis del agua; actualmente se investiga la fotólisis del agua.
Reformado de hidrocarburos con vapor de agua.
Ataque de metales con hidróxido sódico, potásico.
Ataque de metales (Zn y Al) con ácidos sulfúrico o clorhídrico.

[editar] Formas

En condiciones normales, el gas hidrógeno es una mezcla de dos tipos de hidrógeno diferentes en función de la dirección del espín de sus electrones y núcleos. Estas formas se conocen como orto- y para-hidrógeno. El hidrógeno normal está compuesto por un 25% de la forma para- y un 75% de la forma orto-, la considerada "normal", aunque no pueda obtenerse en estado puro. Ambas formas tienen energías ligeramente diferentes, lo que provoca que sus propiedades físicas no sean idénticas; así por ejemplo, la forma para- tiene puntos de fusión y ebullicicón 0,1 K más bajos que la forma orto-.

[editar] Precauciones

El hidrógeno es un gas extremadamente inflamable. Reacciona violentamente con el flúor y el cloro, especialmente con el primero, con el que la reacción es tan rápida e imprevisible que no se puede controlar. También es peligrosa su despresurización rápida, ya que a diferencia del resto de gases, al expandirse por encima de -40°C se calienta, pudiendo inflamarse.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL HIDRÓGENO

ICSC: 0001
CAS:
UN:1049
CE:001-001-00-9

Punto de ebullición: - 252,8 °C
Muy poco miscible en agua
Temperatura de autoignición 580 °C
Punto de congelación: - 252,9 °C
Temperatura crítica: - 240,9 °C

[editar] Peligros

Físicos

El gas es más ligero que el aire. El gas se mezcla bien con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas.

Químicos

El calentamiento intenso puede originar combustión violenta o explosión. Reacciona violentamente con aire, oxígeno, cloro, flúor y oxidantes fuertes originando peligro de incendio y explosión. Los metales catalizadores tales como el platino o el níquel aumentan este tipo de reacciones.

Incendios

Evitar las llamas, no producir chispas y no fumar. Extremadamente inflamable. Su rango de inflamabilidad es muy grande. Muchas reacciones pueden producir incendio o explosión. Si es posible, cortar el suministro. Si se puede y no existe riesgo para el entorno próximo, dejar que el fuego se extinga por sí mismo. Apagar con agua pulverizada, polvo, dióxido de carbono y halón. El hidrógeno cuando se produce fuego o explosión se quema con una llama casi invisible.

Explosión

Las mezclas gas/aire son explosivas. Como prevención se debe tener la ventilación adecuada. Las herramientas manuales no deben generar chispas. Los equipos eléctricos y de alumbrado deben estar preparados a prueba de explosión. El incendio debe de combatirse desde un lugar protegido.

Derrames y fugas

Para comprobar si existen escapes, utilizar agua y jabón. Evacuar la zona de peligro. Ventilar las áreas cerradas para prevenir la formación de atmósferas inflamables o deficientes de oxígeno. La ventilación puede ser manual o mecánica. Eliminar todas las fuentes potenciales de ignición. Para ayuda adicional, consultar a un experto. Llevar equipo autónomo de respiración.

Exposición

El hidrógeno no es tóxico y está clasificado como un simple asfixiante. La cantidad necesaria para reducir las concentraciones del oxígeno en un nivel inferior al requerido para soportar la vida causaría mezclas dentro de los rangos de inflamabilidad. Por tanto, se prohíbe la entrada en áreas que contengan mezclas inflamables debido al peligro inmediato de incendio o explosión. El hidrógeno se puede absorber por inhalación y a través de la piel.

Al ocasionarse pérdidas en zonas confinadas, este líquido se evapora muy rápidamente originando una saturación total del aire, pudiendo producir asfixia, dificultad respiratoria, y pérdida de conocimiento. Como prevención se debe tener la ventilación adecuada introduciendo aire limpio.

En contacto con líquido se produce la congelación. Como prevención se debe de utilizar guantes aislantes del frío y traje de protección.

[editar] Almacenamiento

Almacenar los cilindros y contenedores en áreas bien ventiladas. Mantenga los cilindros alejados de las fuentes de ignición y de material combustible. Se evitará ponerlos en áreas en las que haya sales y otros productos químicos corrosivos. El almacenamiento del hidrógeno debe de estar separado de los gases oxidantes, tales como oxígeno, flúor, etc. al menos a 6 metros de distancia.