Hidrógeno

La forma monoatómica del hidrógeno es la sustancia química más común en el universo y representa aproximadamente el 75% de la masa bariónica total. Las estrellas, a excepción de las compactas , consisten principalmente en plasma de hidrógeno . El más ligero de los elementos de la tabla periódica.

Tres isótopos de hidrógeno tienen sus propios nombres : 1 H- protio , 2 H- deuterio y 3 H- tritio ( radiactivo ). El núcleo del isótopo más común, el protio, consta de un solo protón y no contiene neutrones .

A temperatura y presión estándar , el hidrógeno es un gas diatómico incoloro, inodoro e insípido , no tóxico (fórmula química - H 2 ), que, cuando se mezcla con aire u oxígeno, es combustible y extremadamente inflamable y explosivo [3] . En presencia de otros gases oxidantes, como el flúor o el cloro , el hidrógeno también es explosivo. Debido a que el hidrógeno forma fácilmente enlaces covalentes con la mayoría de los no metales , la mayor parte del hidrógeno en la Tierra existe en compuestos moleculares como el agua o la materia orgánica . El hidrógeno juega un papel particularmente importante en las reacciones ácido-base .

Disolveremos en etanol y una serie de metales : hierro , níquel , paladio , titanio , platino , niobio .

Historial de descubrimientos

La liberación de gas combustible durante la interacción de ácidos y metales se observó en los siglos XVI y XVII en los albores de la formación de la química como ciencia. El hidrógeno fue obtenido por primera vez por Paracelso sumergiendo limaduras de hierro en ácido sulfúrico en el siglo XVI.

En 1671, Robert Boyle describió en detalle la reacción entre limaduras de hierro y ácidos diluidos, en la que se libera hidrógeno gaseoso [7] [8] .

En 1766, Henry Cavendish fue el primero en reconocer el gas de hidrógeno como un elemento individual, llamando al gas liberado por la reacción de un metal con ácido "aire combustible". Sugirió que el "aire combustible" era idéntico a una sustancia hipotética llamada " flogisto " y descubrió en 1781 que cuando se quemaba, se formaba agua [9] [10] .

Mikhail Lomonosov también señaló directamente la liberación de hidrógeno , pero ya entendió que no se trataba de flogisto .

El químico francés Antoine Lavoisier , junto con el ingeniero Jean Meunier , utilizando gasómetros especiales, en 1783 llevaron a cabo la síntesis del agua, y luego su análisis, descomponiendo el vapor de agua con hierro al rojo vivo. Así estableció que el “aire combustible” es parte del agua y se puede obtener de ella.

Origen del nombre

Lavoisier le dio al hidrógeno el nombre hydrogène (del otro griego ὕδωρ - agua y γεννάω - doy a luz) - "dando a luz agua". En 1801, un seguidor de Lavoisier, el académico Vasily Severgin , lo llamó "sustancia acuosa", escribió [11] :

Una sustancia acuosa combinada con una sustancia ácida forma agua. Esto puede probarse tanto por resolución como por redacción.

El nombre ruso "hidrógeno" fue propuesto por el químico Mikhail Solovyov en 1824 , por analogía con el " oxígeno " de Lomonosov .

Prevalencia

En el universo

El hidrógeno es actualmente el elemento más común en el universo [12] . Representa alrededor del 88,6 % de todos los átomos (alrededor del 11,3 % son átomos de helio , la proporción de todos los demás elementos juntos es de alrededor del 0,1 %) [13] . Así, el hidrógeno es el principal componente de las estrellas y del gas interestelar . La aparición generalizada de hidrógeno atómico se produjo por primera vez durante la era de la recombinación .

En condiciones de temperaturas estelares (por ejemplo, la temperatura de la superficie del Sol es ~6000 °C), el hidrógeno existe en forma de plasma , en el espacio interestelar este elemento existe en forma de moléculas individuales , átomos e iones y puede formar moléculas nubes que difieren significativamente en tamaño, densidad y temperatura.

La corteza terrestre y los organismos vivos

La fracción de masa de hidrógeno en la corteza terrestre es del 1%; este es el décimo elemento más común. Sin embargo, su papel en la naturaleza no está determinado por la masa, sino por el número de átomos, cuya proporción entre otros elementos es del 17% (segundo lugar después del oxígeno , cuya proporción de átomos es ~52%). Por lo tanto, la importancia del hidrógeno en los procesos químicos que ocurren en la Tierra es casi tan grande como la del oxígeno.

A diferencia del oxígeno, que existe en la Tierra tanto en estado libre como ligado, prácticamente todo el hidrógeno en la Tierra se encuentra en forma de compuestos; solo una cantidad muy pequeña de hidrógeno en forma de una sustancia simple está contenida en la atmósfera (0.00005% por volumen para aire seco [14] [15] ).

El hidrógeno forma parte de casi todas las sustancias orgánicas y está presente en todas las células vivas, donde el hidrógeno representa casi el 63 % del número de átomos [16] .

Conseguir

En la industria

A 2019 se consumen en el mundo 75 millones de toneladas de hidrógeno, principalmente en la refinación de petróleo y la producción de amoníaco . De estos, más de 3/4 se produce a partir de gas natural , para lo cual se consumen más de 205 mil millones de m 3 de gas [17] . Casi todo lo demás está hecho de carbón. Alrededor del 0,1% (~100 mil toneladas) se produce por electrólisis. Durante la producción de hidrógeno, ~830 millones de toneladas de CO 2 ingresan a la atmósfera . El costo del hidrógeno producido a partir de gas natural se estima en $ 1.5-3 por 1 kg.

Conversión de metano con vapor a 1000 °C:

{\ce {CH4 + H2O <=> CO + 3H2}}

Paso de vapor de agua sobre coque caliente a una temperatura de unos 1000 °C:

{\ce {H2O + C <=> CO ^ + H2 ^}}

Electrólisis de soluciones acuosas de sales:

{\ Displaystyle {\ ce {2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 ^ + H2 ^))}

Electrólisis de soluciones acuosas de hidróxidos de metales activos (principalmente hidróxido de potasio ) [18] (ing.)

{\ce {2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^))

Además, existe una tecnología industrial para la electrólisis de agua químicamente pura, sin el uso de ningún aditivo. De hecho, el dispositivo es una celda de combustible reversible con o sin una membrana de polímero sólido [18] http://kyivtoulouse.univ.kiev.ua/journal/index.php/fruajc/article/view/201 Copia archivada del 5 de febrero , 2020 en la Wayback Machine .

Oxidación catalítica de metano con oxígeno:

{\ce {2CH4 + O2 <=> 2CO + 4H2}}

Craqueo y reformado de hidrocarburos en el proceso de refinación de petróleo.

En el laboratorio

Acción de los ácidos diluidos sobre los metales . Para llevar a cabo tal reacción, el zinc y el ácido sulfúrico diluido se usan con mayor frecuencia :

{\ce {Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}}

Interacción del calcio con el agua :

{\ Displaystyle {\ ce {Ca + 2H2O -> Ca (OH) 2 + H2 ^))}

Hidrólisis de hidruros :

{\ce {NaH + H2O -> NaOH + H2 ^}}

La acción de los álcalis sobre el zinc o el aluminio :

{\ce {2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}}

{\ce {Zn + 2KOH + 2H2O -> K2[Zn(OH)4] + H2 ^}}

Con la ayuda de la electrólisis . Durante la electrólisis de soluciones acuosas de álcalis o ácidos , se libera hidrógeno en el cátodo , por ejemplo:

{\ce {2H3O+ + 2e- -> 2H2O + H2 ^}}

Purificación

En la industria, se han implementado varios métodos para purificar el hidrógeno a partir de materias primas que contienen hidrógeno (el llamado gas que contiene hidrógeno - HCG) [19] .

Condensación a baja temperatura : el HSG se enfría a las temperaturas de condensación del metano y el etano , después de lo cual el hidrógeno se separa por destilación . El proceso se lleva a cabo a una temperatura de −158 °C y una presión de 4 MPa . La pureza del hidrógeno purificado es del 93 al 94% en su concentración en el HSG inicial hasta el 40%.
Separación por adsorción en zeolitas : este método es, con mucho, el más común en el mundo. El método es bastante flexible y se puede utilizar tanto para la extracción de hidrógeno de HSG como para la purificación adicional de hidrógeno ya purificado. En el primer caso, el proceso se realiza a presiones de 3,0-3,5 MPa . El grado de extracción de hidrógeno es del 80 al 85 % con una pureza del 99 %. En el segundo caso, a menudo se utiliza el proceso PSA de Union Carbide . Se comercializó por primera vez en 1978. Actualmente, más de 250 unidades están operando de 0,6 a 3,0 millones de m 3 H 2 /día. Se forma hidrógeno de alta pureza - 99,99%.
Extracción por absorción con disolventes líquidos : Este método rara vez se utiliza, aunque se obtiene hidrógeno con una alta pureza del 99,9%.
Concentración de hidrógeno en membranas : En las mejores muestras, el método permite obtener hidrógeno con una pureza del 95-96%, pero la productividad de tales instalaciones es baja.
Absorción selectiva de hidrógeno por metales : El método se basa en la capacidad de las aleaciones de lantano con níquel , hierro con titanio , zirconio con níquel y otras para absorber hasta 30 volúmenes de hidrógeno.

Costo

El coste del hidrógeno para grandes entregas al por mayor oscila entre 2 y 7 USD /kg [20] . En pequeñas cantidades se transporta en cilindros de acero de color verde o verde oscuro.

Propiedades físicas

El hidrógeno es el gas más ligero: es 14,5 veces más ligero que el aire. Por lo tanto, por ejemplo, las pompas de jabón llenas de hidrógeno tienden hacia arriba en el aire [21] . Cuanto menor es la masa de las moléculas, mayor es su velocidad a la misma temperatura. Al ser las más ligeras, las moléculas de hidrógeno se mueven más rápido que las moléculas de cualquier otro gas, por lo que pueden transferir calor de un cuerpo a otro más rápido. De ello se deduce que el hidrógeno tiene la conductividad térmica más alta entre las sustancias gaseosas. Su conductividad térmica es unas 7 veces mayor que la del aire.

La molécula de hidrógeno es diatómica - H 2 . En condiciones normales, es un gas incoloro, inodoro e insípido. Densidad 0,08987 g / l ( n.a. ), punto de ebullición −252,76 °C, calor específico de combustión 120,9⋅10 6 J / kg , ligeramente soluble en agua - 18,8 ml / l en n.a. La solubilidad del hidrógeno en agua aumenta al aumentar la presión y disminuye al aumentar la temperatura.

El hidrógeno es altamente soluble en muchos metales ( Ni , Pt , Pd , etc.), especialmente en paladio (850 volúmenes de H 2 por 1 volumen de Pd). Relacionada con la solubilidad del hidrógeno en los metales está su capacidad de difundirse a través de ellos; la difusión a través de una aleación carbonosa (por ejemplo, acero) a veces va acompañada de la destrucción de la aleación debido a la interacción del hidrógeno con el carbono (la llamada descarbonización). Prácticamente insoluble en plata .

El hidrógeno líquido existe en un rango de temperatura muy estrecho de -252,76 a -259,2 °C. Es un líquido incoloro, muy ligero ( densidad a −253 °C 0,0708 g / cm³ ) y fluido ( viscosidad a −253 °C 13,8 cP ). Los parámetros críticos del hidrógeno son: temperatura −240,2 °C, presión 12,8 atm , densidad crítica 0,0312 g/cm³ y volumen crítico 66,95-68,9 cm³/mol ( 0,033 m³/kg ). Los valores indicados de los parámetros críticos explican las dificultades en la licuefacción del hidrógeno.

En estado líquido, el hidrógeno de equilibrio consta de 99,79 % de para-H 2 , 0,21 % de orto-H 2 .

Hidrógeno sólido , punto de fusión -259.2 ° C, densidad 0.0807 g / cm³ (a -262 ° C) - masa similar a la nieve, cristales hexagonales , grupo espacial P6 / mmc, parámetros de celda a \ u003d 0.378 nm y c \ u003d 0. 6167 nm .

Hidrógeno metálico

En 1935, Winger y Huntington sugirieron que a presiones superiores a 250.000 atm , el hidrógeno podría volverse metálico . Obtener esta sustancia en un estado estable abrió perspectivas muy tentadoras para su uso; después de todo, sería un metal ultraligero, un componente del combustible para cohetes ligero y de alto consumo energético. En 2014, se descubrió que a una presión de alrededor de 1,5 a 2,0 millones de atm , el hidrógeno comienza a absorber la radiación infrarroja , lo que significa que las capas de electrones de las moléculas de hidrógeno están polarizadas . Quizás, incluso a presiones más altas, el hidrógeno se convierta en un metal [22] . En 2017, apareció un informe sobre una posible observación experimental de la transición del hidrógeno a un estado metálico bajo alta presión [23] [24] .

Isómeros de espín

El hidrógeno molecular existe en dos formas de espín (modificaciones): ortohidrógeno y parahidrógeno . Las modificaciones difieren ligeramente en las propiedades físicas, los espectros ópticos y también en las características de dispersión de neutrones. En la molécula de ortohidrógeno o -H 2 ( pf -259,10 °C, pb -252,56 °C), los espines de los núcleos son paralelos, y en el parahidrógeno p -H 2 (pf -259,32 °C, pb -252,89 °C) son opuestos entre sí (antiparalelos). Una mezcla en equilibrio de o -H 2 y p -H 2 a una temperatura dada se llama hidrógeno de equilibrio e -H 2 .

Los isómeros de espín del hidrógeno pueden separarse por adsorción sobre carbón activo a la temperatura del nitrógeno líquido . A temperaturas muy bajas, el equilibrio entre ortohidrógeno y parahidrógeno se desplaza casi por completo hacia el parahidrógeno, ya que la energía de la paramolécula es ligeramente inferior a la energía de la ortomolécula. A 80 K , la relación de modificación es de aproximadamente 1:1. El parahidrógeno desorbido del carbón se convierte en ortohidrógeno al calentarse para formar una mezcla en equilibrio. A temperatura ambiente hay una mezcla en equilibrio de ortohidrógeno y parahidrógeno en una proporción de alrededor de 75:25 [25] . Sin catalizador, la interconversión se produce de forma relativamente lenta, lo que permite estudiar las propiedades de ambas modificaciones. En condiciones de un medio interestelar enrarecido, el tiempo característico de transición a una mezcla de equilibrio es muy largo, hasta los cosmológicos.

Isótopos

Tres isótopos de hidrógeno son los más conocidos: protio 1 H (núcleo atómico - protón ), deuterio 2 H (el núcleo consta de un protón y un neutrón ) y tritio 3 H (el núcleo consta de un protón y dos neutrones). Estos isótopos tienen sus propios símbolos químicos: protio - H, deuterio - D, tritio - T.

El protio y el deuterio son estables. El contenido de estos isótopos en el hidrógeno natural es 99,9885 ± 0,0070 % y 0,0115 ± 0,0070 %, respectivamente [26] . Puede variar ligeramente según la fuente y el método de obtención de hidrógeno. El tritio es inestable, sufre una desintegración beta con un período de 12,32 años , convirtiéndose en helio-3 estable [26] . El tritio se encuentra en la naturaleza en pequeñas cantidades, formado principalmente por la interacción de los rayos cósmicos con núcleos estables, por la captura de neutrones térmicos por el deuterio y por la interacción del isótopo natural de litio-6 con los neutrones generados por los rayos cósmicos.

También se han obtenido artificialmente isótopos radiactivos pesados de hidrógeno con números de masa de 4 a 7 y vidas medias de 10 a 21 a 10 a 23 s [ 26 ] .

El hidrógeno molecular natural consiste en moléculas de H 2 y HD (deuterohidrógeno) en una proporción de 3200:1. El contenido de moléculas de deuterio puro D 2 es aún menor, la proporción de concentraciones de HD y D 2 es de aproximadamente 6400:1.

De todos los isótopos de elementos químicos, las propiedades físicas de los isótopos de hidrógeno son las que más difieren entre sí. Esto se debe al mayor cambio relativo en las masas de los átomos [27] .

	Punto de fusión , K	Punto de ebullición , K	punto triple		punto critico		Densidad, kg/m³
	Punto de fusión , K	Punto de ebullición , K	t , k	P , kPa	t , k	P , MPa	líquido	gas
H2 _	13.96	20.39	13.96	7.3	32.98	1.31	70.811	1.316
alta definición	16.65	22.13	16.6	12.8	35.91	1.48	114.0	1.802
HT		22.92	17.63	17.7	37.13	1.57	158.62	2.31
D2 _	18.65	23.67	18.73	17.1	38.35	1.67	162.50	2.23
DT		24.38	19.71	19.4	39.42	1.77	211.54	2.694
T2 _	20.63	25.04	20.62	21.6	40.44	1.85	260.17	3.136

Las moléculas de protio, deuterio y tritio puros pueden existir en dos modificaciones alotrópicas (que difieren en la orientación mutua de los espines de los núcleos): orto y parahidrógeno: o -D 2 , p -D 2 , o -T 2 , p - T 2 . Las moléculas de hidrógeno con otras composiciones isotópicas (HD, HT, DT) no tienen modificaciones orto y para.

Propiedades de los isótopos

Las propiedades de los isótopos de hidrógeno se presentan en la tabla [26] [28] .

Isótopo	Z	norte	Misa, A. comer.	Media vida	Girar	Contenido en la naturaleza, %	Tipo de decaimiento y energía
1H _	una	0	1.007 825 032 07(10)	estable	1⁄2 + _ _	99.9885(70)
2H _	una	una	2.014 101 777 8(4)	estable	1+ _	0.0115(70)
3H _	una	2	3.016 049 277 7(25)	12.32(2) años	1⁄2 + _ _		β- _	18,591(1) keV
4H _	una	3	4.027 81(11)	1.39(10)⋅10 −22 s	2 -		-norte	23,48(10) MeV
5H _	una	cuatro	5.035 31(11)	más de 9.1⋅10 −22 s	( 1 ⁄ 2 + )		-nn	21,51(11) MeV
6H _	una	5	6.044 94(28)	2.90(70)⋅10 −22 s	2 -		-3n	24,27(26) MeV
7H _	una	6	7.052 75(108)	2.3(6)⋅10 −23 s	1⁄2 + _ _		-nn	23,03(101) MeV

La desviación estándar del valor en unidades del último dígito del número correspondiente se da entre paréntesis.

Las propiedades del núcleo de 1 H hacen posible el uso generalizado de la espectroscopia de RMN en el análisis de sustancias orgánicas.

Propiedades químicas

Las moléculas de hidrógeno son lo suficientemente fuertes y para que el hidrógeno reaccione, se debe gastar mucha energía:

{\ce {H2->2H-432{\text{kJ))))

Por lo tanto, la capacidad oxidante del hidrógeno se manifiesta en reacciones con metales activos, por regla general, a temperaturas y presiones elevadas. A temperaturas ordinarias, el hidrógeno solo reacciona con metales muy activos, como el calcio , para formar hidruro de calcio :

{\ce {Ca + H2 -> CaH2))

y con el único no metal - flúor , formando fluoruro de hidrógeno :

{\ estilo de visualización {\ ce {F2 + H2 -> 2HF}}}

El hidrógeno reacciona con la mayoría de los metales y no metales a temperaturas elevadas o bajo otras influencias, por ejemplo, cuando se ilumina:

{\ce {O2 + 2H2 -> 2H2O}}

La ecuación escrita refleja las propiedades reductoras del hidrógeno.

{\ce {CuO + H2 -> H2O + Cu))

Forma haluros de hidrógeno con halógenos :

{\ estilo de visualización {\ ce {H2 + F2 -> 2HF}}}

, la reacción procede con una explosión en la oscuridad y a cualquier temperatura,

{\ce {H2 + Cl2 -> 2HCl))

, la reacción procede con una explosión, sólo en la luz.

Interactúa con el hollín a un fuerte calentamiento:

{\ estilo de visualización {\ ce {C + 2H2 -> CH4}}}

Interacción con metales alcalinos y alcalinotérreos

Al interactuar con metales activos , el hidrógeno forma hidruros:

{\ce {2Na + H2 -> 2NaH))

{\ce {Ca + H2 -> CaH2))

{\ce {Mg + H2 -> MgH2}}

Los hidruros son sustancias sólidas similares a las sales, fácilmente hidrolizadas:

{\ce {CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2 ^}}

Interacción con óxidos metálicos

Los óxidos metálicos (típicamente elementos d ) se reducen a metales:

{\ce {Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O}}

{\ estilo de visualización {\ ce {WO3 + 3H2 -> W + 3H2O))}

Hidrogenación de compuestos orgánicos

El hidrógeno molecular se utiliza ampliamente en síntesis orgánica para la reducción de compuestos orgánicos. Estos procesos se denominan reacciones de hidrogenación . Estas reacciones se llevan a cabo en presencia de un catalizador a presión y temperatura elevadas. El catalizador puede ser homogéneo (p. ej., catalizador de Wilkinson ) o heterogéneo (p. ej., níquel Raney , paladio sobre carbón vegetal).

Entonces, en particular, durante la hidrogenación catalítica de compuestos insaturados, como alquenos y alquinos , se forman compuestos saturados: alcanos .

{\ce {R - CH = CH - R' + H2 -> R - CH2 - CH2 - R'))

Geoquímica del hidrógeno

En la Tierra, el contenido de hidrógeno es menor en comparación con el Sol, los planetas gigantes y los meteoritos primarios, lo que significa que la Tierra se desgasificó significativamente durante la formación: la mayor parte del hidrógeno, como otros elementos volátiles, abandonó el planeta durante la acreción o poco después. eso. Sin embargo, se desconoce el contenido exacto de este gas en la composición de las geosferas de nuestro planeta (excluyendo la corteza terrestre ) - astenosfera , manto , núcleo de la Tierra .

El hidrógeno libre H 2 es relativamente raro en los gases terrestres, pero en forma de agua tiene un papel excepcionalmente importante en los procesos geoquímicos. Se conoce el contenido de hidrógeno en la composición de los gases volcánicos, la salida de ciertas cantidades de hidrógeno a lo largo de fallas en zonas de rifting y la liberación de este gas en algunos depósitos de carbón [29] [30] .

El hidrógeno puede estar presente en los minerales en forma de iones de amonio , iones de hidroxilo y agua .

En la atmósfera, el hidrógeno molecular se forma continuamente como resultado de la descomposición del formaldehído, que se forma en la cadena de oxidación del metano u otros compuestos orgánicos, por la radiación solar (31–67 gigatoneladas /año), la combustión incompleta de varios combustibles y biomasa. (5–25 gigatoneladas/año), en el proceso de fijación de nitrógeno por microorganismos del aire (3–22 gigatoneladas/año) [31] [32] [33] .

Al tener una masa pequeña, las moléculas de hidrógeno en el aire tienen una alta velocidad térmica (está cerca de la segunda velocidad cósmica) y, al caer en las capas superiores de la atmósfera, pueden volar para siempre al espacio exterior (ver Disipación de atmósferas planetarias ). Las pérdidas se estiman en 3 kg por segundo [34] [35] .

Precauciones

El hidrógeno, cuando se mezcla con aire , forma una mezcla explosiva, el llamado gas explosivo . Este gas es más explosivo cuando la proporción de volumen de hidrógeno y oxígeno es de 2:1, o de hidrógeno y aire es de aproximadamente 2:5, ya que el aire contiene aproximadamente un 21 % de oxígeno . El hidrógeno también es inflamable . El hidrógeno líquido puede causar congelación grave si entra en contacto con la piel .

Se cree que se producen concentraciones explosivas de hidrógeno con oxígeno del 4% al 96% en volumen. Cuando se mezcla con aire de 4% a 75 (74)% por volumen. Tales cifras ahora aparecen en la mayoría de los libros de referencia y pueden usarse para estimaciones indicativas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que estudios posteriores (alrededor de finales de los 80) revelaron que el hidrógeno en grandes volúmenes puede ser explosivo incluso a menor concentración. Cuanto mayor es el volumen, menor es la concentración de hidrógeno es peligroso.

La fuente de este error ampliamente publicitado es que la explosividad se estudió en laboratorios en pequeños volúmenes. Dado que la reacción del hidrógeno con el oxígeno es una reacción química en cadena que procede de acuerdo con el mecanismo de los radicales libres, la "muerte" de los radicales libres en las paredes (o, por ejemplo, en la superficie de las partículas de polvo) es fundamental para la continuación de la cadena. . En los casos en que sea posible crear concentraciones "límite" en grandes volúmenes (locales, hangares, talleres), se debe tener en cuenta que la concentración explosiva real puede diferir del 4% tanto hacia arriba como hacia abajo .

Aplicación

El hidrógeno se utiliza hoy en día en muchas áreas. La estructura del consumo mundial de hidrógeno se presenta en la siguiente tabla

Estructura del consumo mundial de hidrógeno (2007) (ing.) [36]

Solicitud	Cuota
Producción de amoníaco	54%
Refinación de petróleo e industria química	35%
Fabricación de productos electrónicos	6%
Industria metalúrgica y del vidrio	3%
industria de alimentos	2%

Industria química

La industria química es el mayor consumidor de hidrógeno. Alrededor del 50% de la producción mundial de hidrógeno se destina a la producción de amoníaco . Otro 8% se utiliza para la producción de metanol [37] . El amoníaco se usa para producir plásticos, fertilizantes, explosivos y más. El metanol es la base para la producción de algunos plásticos.

Industria de refinación de petróleo

En la refinación de petróleo , el hidrógeno se utiliza en los procesos de hidrocraqueo e hidrotratamiento , lo que ayuda a aumentar la profundidad de procesamiento del crudo y mejorar la calidad de los productos finales. Alrededor del 37% de todo el hidrógeno producido en el mundo se utiliza para estos fines [37] .

Industria alimentaria y cosmética

En la producción de manteca de cerdo (grasa sólida producida a partir de aceites vegetales ). Salomas es la base para la elaboración de margarinas , cosméticos, jabones. El hidrógeno está registrado como aditivo alimentario con el número E949 .

Transporte

El hidrógeno se utiliza como combustible para los vehículos de pila de combustible de hidrógeno disponibles en el mercado : Toyota Mirai , Hyundai Nexo . La empresa estadounidense Nikola Archivado el 13 de febrero de 2020 en Wayback Machine presentó una línea de vehículos comerciales propulsados por hidrógeno, así como una camioneta Nikola Badger con un alcance de 960 km [38]

Alstom lanzó el primer tren comercial de pila de combustible, Coradia iLint, en Alemania en 2018, capaz de viajar 1000 km con un solo tanque de hidrógeno. Los trenes harán viajes de 100 kilómetros a velocidades de hasta 140 kilómetros por hora [39] .

Laboratorio

El hidrógeno se utiliza en los laboratorios químicos como gas portador en la cromatografía de gases . Existen laboratorios de este tipo en muchas empresas de las industrias alimentaria, de perfumería, metalúrgica y química. A pesar de la inflamabilidad del hidrógeno, su uso en esta función se considera bastante seguro, ya que el hidrógeno se usa en pequeñas cantidades. La eficiencia del hidrógeno como gas portador es mejor que la del helio a un costo significativamente menor [40] .

Industria aeronáutica

Actualmente, el hidrógeno no se utiliza en la aviación. Érase una vez , las aeronaves y los globos estaban llenos de hidrógeno. Pero en los años 30. siglo 20 hubo varios desastres , durante los cuales las aeronaves explotaron y se quemaron. Hoy en día, los dirigibles se llenan de helio, a pesar de su costo significativamente mayor.

Meteorología

El hidrógeno se usa en meteorología para llenar los caparazones de los globos meteorológicos . El hidrógeno en esta capacidad tiene una ventaja sobre el helio, ya que es más barato. Aún más importante, el hidrógeno se produce directamente en la estación meteorológica utilizando un generador químico simple o por electrólisis del agua. El helio, por otro lado, debe entregarse a la estación meteorológica en cilindros, lo que puede ser difícil para lugares remotos [41] .

Combustible

El hidrógeno se utiliza como combustible para cohetes . Debido al rango de temperatura extremadamente estrecho (menos de 7 Kelvin) en el que el hidrógeno permanece líquido, en la práctica se usa más a menudo una mezcla de fases líquida y sólida.

Las pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno utilizan hidrógeno para convertir directamente la energía de una reacción química en energía eléctrica.

Industria de la energía

En la industria de la energía eléctrica, el hidrógeno se utiliza para enfriar potentes generadores eléctricos [42] .

Varios

El hidrógeno atómico se utiliza para la soldadura de hidrógeno atómico . La alta conductividad térmica del hidrógeno se utiliza para llenar las esferas de los girocompases y las bombillas de vidrio de las bombillas de filamento LED .

Véase también

antihidrógeno

Notas

Comentarios

↑ Se indica el rango de valores de masa atómica debido a las diferentes abundancias de isótopos en la naturaleza.

Fuentes

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC ) // Química Pura y Aplicada . - 2013. - Vol. 85 , núm. 5 . - P. 1047-1078 . -doi : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
↑ Hidrógeno: electronegatividades . elementos web. Fecha de acceso: 15 de julio de 2010. Archivado desde el original el 27 de junio de 2010.
↑ 1 2 Hidrógeno // Enciclopedia química : en 5 volúmenes / Cap. edición I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia soviética , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 400-402. — 623 pág. — 100.000 copias. - ISBN 5-85270-008-8 .
↑ Fedorov P.I. , Punto triple, 1998 , p. 12
↑ Khazanova N. E. , Critical state, 1990 , p. 543.
↑ Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC) (inglés) - IUPAC , 1960. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2019-0603
↑ Boyle, R. (1672). “Tratados escritos por el Honorable Robert Boyle que contienen nuevos experimentos, tocando la relación entre la llama y el aire…” Londres.
↑ Winter, M. Hidrógeno: información histórica . WebElements Ltd (2007). Consultado el 5 de febrero de 2008. Archivado desde el original el 10 de abril de 2008. (indefinido)
↑ Musgrave, A. ¿Por qué el oxígeno reemplazó al flogisto? Programas de investigación en la revolución química // Método y evaluación en las ciencias físicas (inglés) / Howson, C.. - Cambridge University Press , 1976. - (The Critical Background to Modern Science, 1800–1905).
↑ Cavendish, Henry. Tres documentos, que contienen experimentos sobre aire ficticio, por el Excmo. Henry Cavendish , FR S (inglés) // Philosophical Transactions : revista. - 1766. - 12 de mayo ( vol. 56 ). - pág. 141-184 . -doi : 10.1098/ rstl.1766.0019 . - . . _
↑ Severgin V. M. Assay art, o una guía para las pruebas químicas de minerales metálicos y otros cuerpos fósiles. San Petersburgo: Imp. AN, 1801. C. 2.
↑ [www.chemister.ru/Chemie/records.htm Libro Guinness de los récords de productos químicos]
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Química de los elementos: en 2 tomos. — BINOM. Laboratorio del Conocimiento, 2008. - V. 1. - S. 11. - 607 p. — (El mejor libro de texto extranjero). - ISBN 978-5-94774-373-9 .
↑ Gribbin, John. Ciencias. Una Historia (1543-2001). - L. : Penguin Books, 2003. - 648 p. — ISBN 978-0-140-29741-6 .
↑ Fuente de las cifras: Dióxido de carbono, Laboratorio de Investigación del Sistema Terrestre de la NOAA. Archivado el 25 de diciembre de 2018 en Wayback Machine (actualizado el 06 de 2010) . Metano, tabla TAR 6.1 del IPCC Archivado el 15 de junio de 2007 en Wayback Machine (actualizado a 1998). El total de la NASA fue de 17 ppmv sobre el 100 %, y el CO2 aumentó aquí en 15 ppmv. Para normalizar, el N 2 debe reducirse en unas 25 ppmv y el O 2 en unas 7 ppmv.
↑ Hornak D.P. Fundamentos de resonancia magnética . Consultado el 23 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 9 de febrero de 2014. (indefinido)
↑ "Censo de HIDRÓGENO" Revista Gazprom, septiembre de 2019, págs. 42-43 . Consultado el 22 de octubre de 2019. Archivado desde el original el 22 de octubre de 2019. (indefinido)
↑ 1 2 Da Rosa, Aldo Vieira. Fundamentos de los procesos de energías renovables . - Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005. - Pág. 370. - xvii, 689 páginas p. — ISBN 0120885107 .
↑ AK Manovyan. Tecnología de procesamiento de portadores de energía natural. - Moscú: Química, Kolos, 2004. - 456 p. - ISBN 5-98109-004-9 , 5-9532-0219-97.
↑ Arkadi Schwartz. Hydrogen Revisited Archivado el 30 de septiembre de 2010 en Wayback Machine . Boletín en línea No. 19(356) 15 de septiembre de 2004.
↑ Pompas de jabón con hidrógeno Copia de archivo del 26 de julio de 2014 en Wayback Machine : experiencia de video en la Colección unificada de recursos educativos digitales.
↑ Química inorgánica. Tomo 2. Química de los elementos intransitivos / ed. académico Yu. D. Tretyakova . - Moscú: Academia, 2004. - 368 p. — ISBN 5-7695-1436-1 .
↑ Dias Ranga P. , Silvera Isaac F. Observación de la transición de Wigner-Huntington al hidrógeno metálico // Ciencia. - 2017. - 26 de enero ( vol. 355 , no. 6326 ). - S. 715-718 . — ISSN 0036-8075 . -doi : 10.1126 / ciencia.aal1579 .
↑ Aleksey Poniatov. Diez eventos más importantes de 2017 en física y astronomía. Hidrógeno metálico estable // Ciencia y vida . - 2018. - Nº 1 . - S. 9 . (Ruso)
↑ Farkas L. Orto y parahidrógeno. [[Avances en las ciencias físicas]], vol.15, no. 3. 1935 . Consultado el 22 de septiembre de 2018. Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2018. (indefinido)
↑ 1 2 3 4 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH La evaluación NUBASE de las propiedades nucleares y de descomposición // Física nuclear A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Züttel A., Borgschulte A., Schlapbach L. Hydrogen as a Future Energy Carrier. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. - ISBN 978-3-527-30817-0 .
↑ Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. La evaluación de la masa atómica AME2003 (II). Tablas, gráficos y referencias (inglés) // Física nuclear A . - 2003. - vol. 729 . - Pág. 337-676 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
↑ Portnov Alejandro. Los volcanes son depósitos de hidrógeno. Archivado el 6 de junio de 2013 en Wayback Machine / Industrial Bulletin, n.º 10-12, octubre-diciembre de 2010.
↑ Gresov A. I., Obzhirov A. I., Yatsuk A. V. Sobre el tema del contenido de hidrógeno en las cuencas de carbón del Lejano Oriente / Vestnik KRAUNC. Ciencias de la Tierra. 2010, No. 1, Número 15. P. 19-32.
↑ http://www.atmos-chem-phys.net/11/3375/2011/acp-11-3375-2011.pdf Archivado el 21 de mayo de 2013 en Wayback Machine Una nueva estimación del balance de hidrógeno molecular troposférico reciente utilizando observaciones atmosféricas e inversión variacional] doi:10.5194/acp-11-3375-2011 , 2011 “Las principales fuentes de H2 son la producción fotoquímica por la transformación del formaldehído (HCHO) en la atmósfera y los procesos de combustión incompleta. La fotólisis del HCHO, un producto de la cadena de oxidación del metano y otros compuestos orgánicos volátiles (COV), representa de 31 a 77 Tg año−1 y representa la mitad de la fuente total de H2. Las emisiones de combustión de combustibles fósiles y biomasa, dos fuentes de combustión incompleta, representan proporciones similares del presupuesto global de H2 (5-25 Tg año-1). Las emisiones de H2 (3−22 Tg año−1) procedentes de la fijación de nitrógeno en la biosfera continental y marina completan las fuentes. La oxidación de H2 por los radicales libres hidroxilo (OH) y la destrucción enzimática de H2 en los suelos deben equilibrar estas fuentes porque el H2 troposférico no muestra una tendencia significativa a largo plazo (Grant et al., 2010)”
↑ Chemistry of the Natural Atmosphere Archivado el 10 de diciembre de 2017 en Wayback Machine , páginas 207-201, tabla 4.14
↑ Impactos ambientales globales de la economía del hidrógeno Archivado el 5 de diciembre de 2014 en Wayback Machine página 61 tabla 1
↑ David C. Catling y Kevin J. Zahnle, La fuga de aire planetario. A medida que la atmósfera de la Tierra se filtra lentamente hacia el espacio, ¿llegará nuestro planeta a parecerse a Venus? Archivado el 2 de febrero de 2014 en Wayback Machine //SCIENTIFIC AMERICAN, mayo de 2009
↑ Ferronsky VI, Denisik SA, Ferronsky SV Capítulo 8. Dinámica global de la Tierra // Dinámica de Jacobi: Problema de muchos cuerpos en características integrales. - (Biblioteca de Astrofísica y Ciencias del Espacio. Vol. 130) . - Springer Science & Business Media, 1986. - P. 296. - ISBN 9027724180 , 9789027724182.
↑ Olu Ajayi-Oyakhire. Hidrógeno: ¿energía sin explotar? (enlace no disponible) . Institución de Ingenieros y Gerentes de Gas . Institución de Ingenieros y Gerentes de Gas (2012). Consultado el 24 de marzo de 2018. Archivado desde el original el 17 de abril de 2018. (indefinido)
↑ 1 2 R. V. Radchenko, A. S. Mokrushin, V. V. Tyulpa. Hidrógeno en energía. - Ekaterimburgo: Ural University Press, 2014. - P. 24. - 229 p. — ISBN 978-5-7996-1316-7 .
↑ Nikola Badger . Consultado el 14 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 13 de febrero de 2020. (indefinido)
↑ El primer tren de hidrógeno de Alemania . Consultado el 14 de febrero de 2020. Archivado desde el original el 24 de enero de 2020. (indefinido)
↑ Helio: ¿cuál es el costo actual para los laboratorios? . www.peakscientific.com. Consultado el 17 de noviembre de 2015. Archivado desde el original el 18 de noviembre de 2015. (indefinido)
↑ A.A. Ivanov (gerente de desarrollo). Instrucciones para puestos y estaciones hidrometeorológicas. Número 4. . Roshidromet . Roshydromet (16 de julio de 2003). Consultado el 24 de marzo de 2018. Archivado desde el original el 3 de junio de 2021. (indefinido)
↑ El principio de funcionamiento y diseño de las máquinas síncronas . Consultado el 9 de junio de 2014. Archivado desde el original el 13 de septiembre de 2014. (indefinido)

Literatura

Digonsky S. V., Ten V. V. Hidrógeno desconocido. - San Petersburgo: Nauka, 2006. ISBN 5-02-025114-3 .
Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Los comienzos de la química. Un curso moderno para aspirantes a universidades: Libro de texto para universidades. - M .: Editorial "Examen", 2005.
Fedorov P. I. Punto triple // Enciclopedia química . - Gran Enciclopedia Rusa , 1998. - V. 5: Triptófano - Iatroquímica . - S. 12 . (Ruso)
Khazanova N. E. Estado crítico // Enciclopedia química . - Enciclopedia soviética , 1990. - T. 2: Daph - Med . - S. 541-543 . (Ruso)
Gráfico de los Nucleidos . — 17 - Laboratorio de Energía Atómica Knolls, 2010. - ISBN 978-0-9843653-0-2 .
Newton, David E. Los elementos químicos . Nueva York: Franklin Watts, 1994. - ISBN 978-0-531-12501-4 .
Rigden, John S. Hidrógeno: El elemento esencial . - Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press , 2002. - ISBN 978-0-531-12501-4 .
Romm, Joseph, J. La exageración sobre el hidrógeno, la realidad y la ficción en la carrera para salvar el clima . — Prensa de la isla, 2004. - ISBN 978-1-55963-703-9 .
Scerri, Eric. El sistema periódico, su historia y su significado . - Nueva York: Oxford University Press , 2007. - ISBN 978-0-19-530573-9 .

Enlaces

Hidrógeno Archivado el 10 de enero de 2016 en Wayback Machine en The Periodic Table of Videos ( Universidad de Nottingham )
Ferreira-Aparicio, P.; Benito, MJ; Sanz, JL Nuevas Tendencias en Tecnologías de Reformado: de las Plantas Industriales de Hidrógeno a los Microreformadores Multicombustibles // Catalysis Reviews : journal. - 2005. - vol. 47 , núm. 4 . - pág. 491-588 . -doi : 10.1080/ 01614940500364958 .