OXIGENO E HIDRÓGENO
INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo fue realizado con el fin de dar a conocer el estado natural, propiedades físicas, propiedades químicas, obtención, reconocimiento, aplicaciones del oxigeno e hidrógeno, indagando en las diferentes paginas web y archivos de los cuales pudiéramos
obtener la información pertinente para analizar y resolver los anteriores puntos mencionados
OBJETIVOS
- Comprender el estado natural del oxigeno y del hidrógeno
- Practicar el reconocimiento de estos elementos
- Observar las diferentes propiedades físicas y propiedades químicas del oxigene el hidrógeno
- Reconocer los diferentes usos que se le dan a estos elementos
MARCO TEÓRICO
OXIGENO
Elemento químico gaseoso, símbolo O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es de gran interés por ser el elemento esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en volumen) del aire es oxígeno.
ESTADO NATURAL DEL OXIGENO
El Oxígeno es el elemento más abundante de la superficie terrestre, de la cual forma casi el 50%; constituye un 89% del agua y un 23% del aire (porcentajes por pesos).
En estado libre, el oxígeno se encuentra en la atmósfera en forma de moléculas diatónicas (O2), constituyendo un 23% por peso y un 21% por volumen. En combinación, entra en la formación de una gran cantidad de compuestos orgánicos y minerales, haciendo parte de todos los organismos animales y vegetales. De los minerales que contienen oxígeno, los más importantes son los que contienen silicio, siendo el más simple de todos la sílice (SiO2), que es el principal constituyente de la arena. Otros compuestos que contienen oxígeno son sulfatos, carbonatos, fosfatos, nitratos y óxidos, principalmente.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL OXIGENO
Si hablamos de condiciones normales de presión y temperatura (STP), el oxigeno estará en estado gaseoso formando moléculas diatónicas (O2). lo que pasa con el hidrógeno, no posee propiedades organolépticas (es incoloro, inodoro e insípido.)
El oxigeno se convierte en liquido (condensa) a -183oC en un líquido azul pálido.
Se convierte en solido (solidifica) a -219oC en un sólido blando azulado.
"Para ambos estados de agregación es muy paramagnético, es decir, sus regiones más probables de encontrar electrones u orbitales tienden a alinearse paralelamente cuando están en presencia de un campo magnético."
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL OXIGENO
1. El oxigeno es favorable a la combustión de otra sustancial (Es comburente.)
2. El oxigeno se usa para formar óxidos ácidos o anhídridos, ya que reacciona a los no metales.
3. EL oxigeno se usa para formar óxidos básicos, ya que reacciona con los metales.
4. En general el oxigeno reacciona con muchos de sus compuestos.
Algunas reacciones del Oxigeno:
una de las ventajas del oxígeno es que ocupa el segundo lugar dentro de la escala de electronegatividad (EN). por lo cual tiene una capacidad de forma compuestos con todos los elementos, a excepción de los metales nobles (oro, plata y platino), y los gases nobles (helio, neón y aparentemente el argón).
Las reacciones del oxigeno con otros elementos pueden ser de tres tipos:
• Reacciones de combustión: Es aquella reacción del oxigeno (aire) con un material combustible, como lo son los hidrocarburos. esto forma una reacción axotérmica, lo que significa que genera gran cantidad de calor.
• Reacciones de oxidación: Es aquella reacción del oxígeno (aire) con cualquier elemento de la tabla periódica, ya sea metálico o no metálico, el compuesto que crea se le llama reacción de oxidación (oxido).
El oxígeno industrialmente se puedo obtener a partir de la destilación fraccionada del aire líquido. En este procedimiento llamado método de Georges Claude se desprende primero ázoe a -193° y luego el oxígeno a -181°.
Un método químico es el llamado método de Lavoisier el que consiste en el calentamiento de mercurio se oxida a 360° y luego se descompone el óxido.
Hg + O flecha HgO
En la industria se emplea el método de Boussingault, el cual consiste en el calentamiento de barita u óxido de bario (BaO) que se calienta al aire, al rojo naciente (400° aprox.), combinándose con el Oxigeno para formar bióxido de bario.
BaO + O flecha BaO2
Calentando en seguida el bióxido de bario hacia 800°; se disocia en barita y oxígeno por la reacción inversa.
BaO2 flecha BaO + O
Teóricamente la barita puede servir indefinidamente pero en la práctica esto no sucede ya que el gas carbónico contenido en el aire produce carbonato de bario y por esto se debe renovar la barita periódicamente.
Se puede obtener oxígeno a partir de la electrolisis de agua alcalinizada con un 10 o 15% de NaOH. Los electrodos son de hierro. Todo se produce como si el agua estuviese descompuesta, y se recoge el oxígeno en el electrodo positivo y el hidrógeno en el electrodo negativo.
Métodos de laboratorio: Se descompone el agua oxigenada en presencia de un catalizador; se utiliza generalmente el bióxido de manganeso: MnO2.
H2O2 flecha H2 O + O
En lugar de utilizar H2O2, se puede utilizar el compuesto metálico correspondiente:
Na2O2 ó K2O2
Estos compuestos son destruidos por el agua:
H2O + K2O2 flecha 2KOH + O
Se puede obtener oxígeno por calcinación de bióxido de manganeso y Clorato de potasio.
3MnO2 flecha Mn3O4 + O2
ClO3K flecha KCl + 3O
Realmente no se descompone el clorato de potasio completamente sino hasta una temperatura mucho mas elevada a una temperatura moderada la ecuación correspondiente es la siguiente:
2ClO3K flecha ClO4K + KCl + O2
Para evitar este inconveniente generalmente se mezcla el clorato de potasio con bióxido de manganeso, en el cual el oxígeno se fija primero y luego inmediatamente lo abandona según las reacciones inversas:
2MnO2 + 3O flecha Mn2O7
Mn2O7 flecha 2MnO2 + 3O
EN QUE SE USA
Se utiliza para las combustiones en las cuales se desea llegar a una temperatura más elevada que si se utiliza aire. Se utiliza para dar a los enfermos y para abastecer de oxígeno a los tripulantes en los aviones ultrasónicos y naves espaciales. El oxígeno se utiliza en los sopletes y principalmente para mejorar los aceros en los altos hornos.
RECONOCIMIENTO DEL OXIGENO
Es posible obtener oxígeno al mezclar dióxido de manganeso con agua oxigenada; la reacción que se verifica es:
..... . .. .. .. .MnO2 (s)
2H2O2 (ac) --------------> O2 (g) + 2 H2O(l)
El test característico para reconocer oxígeno es acercar al tubo donde se está produciendo el gas una pajuela encendida, con llama o sólo con una brasa. La llama se avivará al instante, o la brasa se encenderá. Se recomienda dejar un rato la reacción transcurrir antes de hacer el test, para permitir que el oxígeno producido desplace al aire que se encuentra en el tubo.
APLICACIONES DEL OXIGENO
Las principales aplicaciones del oxígeno son la fundición, refinación y fabricación de acero y otros metales; manufactura de productos químicos por oxidación controlada; propulsión de cohetes; apoyo a la vida biológica y medicina, y minería, producción y fabricación de productos de piedra y vidrio.
La principal utilización del oxígeno, se usa oxígeno líquido en los motores de propulsión de los cohetes, mientras que en los procesos industriales y en el transporte el oxígeno para la combustión se toma directamente del aire. Otras aplicaciones industriales son la soldadura y la fabricación de acero y metanol.
La medicina también hace uso del oxígeno suministrándole como suplemento a pacientes con dificultades respiratorias; y se emplean botellas de oxígeno en diversas prácticas deportivas como el submarinismo o laborales, en el caso de acceder a lugares cerrados, o escasamente ventilados, con atmósferas contaminadas (limpieza interior de depósitos, trabajo en salas de pintura, etc.)
HIDRÓGENO
El hidrógeno, es un elemento químico que se representa con el símbolo H, cuyo número atómico es de 1. Cuando se encuentra en condiciones normales, ya sea de temperatura, como de presión, se presenta como un gas diatómico, sin color, sin sabor, y sin olor, de carácter no metálico.
ESTADO NATURAL DEL HIDRÓGENO
El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. En efecto, la mayoría de las estrellas son predominantemente de hidrógeno (el Sol tiene aproximadamente un 90% de hidrógeno). En cuanto a la Tierra, su abundancia es menor. En estado libre, se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, así como en los gases que se desprenden de los volcanes y de los yacimientos de petróleo. En combinación, por el contrario, el hidrógeno es bastante común: en el agua constituye en 11,2% de su peso total; el cuerpo humano, que es aproximadamente dos terceras partes de agua, tiene un 10% de hidrógeno por peso; forma parte esencial de todos los organismos animales y vegetales, en los cuales entra en combinación con oxígeno, nitrógeno, carbono, etc. Finalmente, es un constituyente importante del petróleo y de los gases de combustibles naturales.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL HIDRÓGENO
El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Es el elemento más liviano que existe, siendo aproximadamente 14 veces menos pesado que el aire. Su molécula consiste de dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Posee tres isótopos, de los cuales el más abundante es el Protio (99.985%); el Deuterio tiene una abundancia de 0,02% y el tritio es tan escaso que de cada 109 átomos de hidrógeno hay uno de tritio.
El hidrógeno es fácilmente absorbido por ciertos metales finamente divididos, siendo los principales paladio, platino y oro. Por ejemplo, uno volumen de paladio finamente dividido puede adsorber aproximadamente 850 volumen es de Hidrógeno a temperatura ambiente. El hidrógeno absorbido es muy activo químicamente.
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL HIDRÓGENO
Químicamente, el hidrógeno es capaz de combinarse con la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas. El hidrógeno tiene gran afinidad con el oxígeno, con el cual se combina en frío muy lentamente, pero en presencia de una llama o de una chispa eléctrica lo hace casi instantáneamente con explosión. Por esto, las mezclas de hidrógeno y aire deben manejarse con mucha precaución. La reacción es:
La ecuación anterior nos indica la gran cantidad de energía desprendida por la reacción.
Una propiedad muy importante del hidrógeno es su poder reductor. En efecto, a altas temperatura el hidrógeno reacciona con algunos óxidos reduciéndolos.
Este poder reductor, que se base en la tendencia del hidrógeno a oxidarse al estado de oxidación +1, tiene además aplicación en muchos procesos químicos.
OBTENCIÓN DEL HIDRÓGENO
El hidrógeno se obtiene mediante diversos procesos:
- electrólisis
- reformado
- gasificación
- ciclos termo químicos
- producción biológica
Electrólisis:
La electrólisis es un proceso que consiste en la descomposición del agua a través de la utilización de la electricidad. Este proceso industrial tiene sus ventajas, pues es fácilmente adaptable ya sea para grandes o pequeñas cantidades de gas, consiguiéndose un hidrógeno de gran pureza. La electrolisis también posee la ventaja de poder combinarse y relacionarse de manera óptima con las energías renovables con el fin de producir H2.
Reformado:
El reformado, consiste en la reacción de los hidrocarburos con la presencia de calor y vapor de agua. Dicho método permite producir grandes cantidades de hidrógeno con un bajo coste, partiendo del gas natural. Como desventaja de éste método, podemos decir, que a pequeña escala no es muy rentable ni comercial, y el hidrógeno producido suele contener impurezas, siendo incluso en ciertas ocasiones necesaria la limpieza posterior, o la realización de reacciones secundarias, con el fin de intentar purificar el producto de hidrógeno. Se suele relacionar fácilmente con la fijación del CO2, o almacenamientos de carbono, lo que hace que las emisiones del CO, incluido su proceso de fijación, supongan un problema para este método, pues genera una serie de costes adicionales.
Gasificación:
El hidrógeno a través del proceso de gasificación, se obtiene a partir de hidrocarburos pesados y la biomasa, obteniéndose además del hidrógeno, gases para reformado, a partir de las reacciones del vapor de agua y el oxígeno.
Este método es muy adecuado cuando se trata de hidrocarburos a gran escala, pudiendo ser usados el carbón, los combustibles sólidos, y líquidos.
El hidrógeno obtenido por gasificación, presenta semejanzas con otros derivados sintéticos de la biomasa, produciendo competencia entre ellos. La gasificación de la biomasa es aún hoy en día objeto de estudio, y posee implicaciones y limitaciones pues necesita grandes extensiones de terreno.
Ciclos termo químicos:
Este proceso utiliza el calor de bajo coste producido de la alta temperatura que procede de la energía nuclear o también de la energía solar concentrada.
Es un proceso bastante utilizable y atractivo cuando se habla de gran escala, al tener bajo coste económico, y no emitiendo gases de carácter invernadero, pudiendo ser usado en la industria pesada o incluso en el transporte. Existen distintos proyectos de colaboraciones internacionales para investigar y desarrollar este método. Hoy en día, aún falta mayor investigación sin fines comerciales.
Producción biológica:
Las bacterias, y las algas, producen hidrógeno de manera natural y directa, cuando se encuentran en determinadas condiciones. Este proceso, durante los últimos años, ha sido muy estudiado, debido a su gran potencial, pero hay que decir que es un proceso bastante lento de obtención del hidrógeno, y además se necesitan grandes superficies, sin mencionar que la gran mayoría de los organismos apropiados para éste método, no se han encontrado todavía, aunque es un proceso en pleno estudio y desarrollo.
EN QUE SE USA
- Producción de ácido clorhídrico (HCl);
- Combustible para cohetes
- Enfriamiento de rotores en generadores eléctricos en puestos de energía, visto que el hidrógeno posee una elevada conductividad térmica;
- En estado líquido es utilizado en investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad.
RECONOCIMIENTO DEL HIDRÓGENO
La producción de hidrógeno es un procedimiento muy simple y corresponde a una reacción característica: se sumerge un trozo de zinc en una solución de ácido clorhídrico no muy diluida. La reacción que se produce es:
Zn (s) +2 HCl (ac) --> ZnCl2 (ac) + H2 (g)
(es posible realizar la reacción análoga con magnesio, Mg)
El test característico para reconocer hidrógeno corresponde a acercar al tubo donde se está produciendo este gas un fósforo encendido; al tomar contacto con el hidrógeno ocurre una explosión muy pequeña que apaga la llama del fósforo.
APLICACIONES DEL HIDRÓGENO
El hidrógeno es uno de los elementos con mayor importancia en nuestro día a día. Existen dos átomos de hidrógeno en cada molécula de agua y una buena parte de los átomos que constituyen las moléculas que soportan la vida son de hidrógeno.
El hidrógeno es el elemento más liviano, siendo el núcleo de su isótopo más abundante constituído únicamente por un protón. El hidrógeno es el elemento con mayor abundancia en el Universo conocido y uno de los más abundantes en la Tierra.Pero además de su importancia en el mundo natural, es también de enorme importancia industrial y su producción es frecuentemente un factor limitante en la industria.
Elevadas cantidades de hidrógeno son necesarias en industrias químicas y petrolíferas, nominadamente en el proceso de “Haber” para la producción de amoníaco, el quinto compuesto con mayor producción industrial.Además de la producción de amoníaco, el hidrógeno es también utilizado en la hidrogenación de grasas y aceites, hidrosulfuración, hidrockaking, hidroalquilaciones, así como en la producción de metanol entre otras.
El hidrógeno está actualmente siendo testeado como fuente de energía “limpia” para la utilización en transportes. La reacción del hidrógeno con el oxígeno, para producir agua, realizada en células de combustibles es una de las formas más promisorias para generar energía para automóviles, evitando la liberación de gases de efecto invernadero, al contrario de lo que sucede con los motores actuales que utilizan la combustión de hidrocarburos de origen fósil.
Otra enorme promesa del hidrógeno a nivel de la energía es la fusión nuclear. Este proceso, que alimenta la mayor parte de las estrellas que brillan en el firmamento, produce helio a partir de núcleos de hidrógeno, liberando enormes cantidades de energía.Esta reacción, que ya fue utilizada en su forma “descontrolada” en las bombas de hidrógeno, se fuese llevada a cabo de una forma controlada, podrá permitir tener una fuente de energía casi inagotable.
WEBGRAFIA
ESTADO NATURAL:- https://prezi.com/zftcocyq0ovg/estado-natural-y-propiedades-del-hidrogeno/
-https://prezi.com/rgskfpqp6cwg/caracteristica-y-estado-natural-del-oxigeno/
APLICACIONES:
- https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/aplicaciones-del-hidrogeno
- www.abellolinde.es/es/processes/process_chemistry_and_refining/.../index.html
- www.praxair.es/gases/oxygen
- https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20081204171144AAJCf7F
RECONOCIMIENTO:
- ww2.educarchile.cl/portal.herramientas/sitios_educativos/planificador/activ/37.htm
- https://prezi.com/.../produccion-y-reconocimiento-de-gases-y-obtencion-de-oxigeno/
OBTENCIÓN:
- https://quimica.laguia2000.com/general/obtencion-del-hidrogeno
- www.100ciaquimica.net/temas/tema11/punto1b.htm
-https://www.textoscientificos.com/quimica/oxigeno
PROPIEDADES FÍSICAS:
- https://prezi.com/8g5rydnbjwuv/propiedades-fisicas-y-quimicas-del-hidrogeno/
- https://www.enciclopediadetareas.net/2010/09/propiedades-fisicas-y-quimicas-del.html
- https://www.monografias.com/.../Propiedades-Quimicas-y-Fisicas-Del-Oxigeno-PKY7GF...
PROPIEDADES QUÍMICAS:
-https://es.wikipedia.org/wiki/Oxígeno
-https://www.lenntech.es/periodica/elementos/o.htm
