OXIGENO - HIDROGENO

TRABAJO 

VALENTINA REYES VILLANUEVA 

DIANA JARAMILLO

INSTITUCIÓN EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACIÓN 

QUÍMICA

10-1

IBAGUE-TOLIMA

                                                                            2018

INTRODUCCIÓN 

Conocer con profundidad acerca del oxigeno e hidrógeno , estado natural , propiedades físicas y químicas , obtención, reconocimientos y aplicaciones. 

OBJETIVOS

• Saber mas a fondo sobre el oxigeno e hidrógeno 
• conocer mas conceptos de estos

OXIGENO

ESTADO NATURAL 

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 toda 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

En condiciones normales de presión y temperatura (STP), el oxigeno se encuentra en estado gaseoso formando moléculas diatónicas (O2). Al igual que el hidrógeno, no posee propiedades organolépticas, es decir es incoloro, inodoro e insípido.

El oxigeno se condensa a -183oC en un líquido azul pálido. Se 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.

Masa atómica............ 15,9994 u 

Radio atómico calculado............... 60 (48) pm 

Radio covalente............... 73 pm 

Radio de Van der Waals........... 152 pm 

Configuración electrónica............... [He]2s22p4 

Estados de oxidación............ (Óxido) -2,-1 (neutro) 

Estructura cristalina.......... cubic 

PROPIEDADES QUÍMICAS 

Casi todos los elementos químicos, menos los gases inertes, forman compuestos con el oxígeno. Entre los compuestos binarios más abundantes de oxígeno están el agua, H2O, y la sílica, SiO2; componente principal de la arena. De los compuestos que contienen más de dos elementos, los más abundantes son los silicatos, que constituyen la mayor parte de las rocas y suelos. Otros compuestos que abundan en la naturaleza son el carbonato de calcio (caliza y mármol), sulfato de calcio (yeso), óxido de aluminio (bauxita) y varios óxidos de hierro, que se utilizan como fuente del metal.

Estado de la materia gas.......... (paramagnético) 

Punto de fusión.............. 50,35 K 

Punto de ebullición........ 90,18 K 

Entalpía de vaporización......... 3,4099 kJ/mol 

Entalpía de fusión............ 0,22259 kJ/mol 

Presión de vapor............ __ Pa a __ K 

Velocidad del sonido........ 317,5 m/s a 293 K

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS 

• Se encuentra en estado gaseoso.
• Es un gas incoloro, inodoro e insípido.
• El oxígeno líquido tiene un color ligeramente azulado.
• El oxígeno se presenta en tres formas alotrópicas: oxígeno normal, oxígeno diatómico, oxígeno atómico y oxígeno triatómico (ozono).
• Este elemento tiene tendencia a formar moléculas diatómicas (O₂).
• La propiedad química más importante del oxígeno es que soporta la combustión, es decir, ayuda a otros materiales a quemarse. La combustión (quema) del carbón vegetal es un ejemplo.
• Es poco soluble en agua, pero más soluble en agua que en nitrógeno.
• Es un elemento reactivo.
• Se caracteriza por ser un fuerte agente oxidante.
• Tiene la facilidad de combinarse con otros elementos, especialmente para formar óxidos.
• Posee elevada electronegatividad.
• Es el tercer elemento más abundante en el universo.
• Importante en el proceso de fotosíntesis, en la respiración celular.

OBTENCIÓN 

Dado que constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera, se obtiene industrialmente mediante destilación fraccionada del aire líquido. En la parte alta de la columna de destilación se separa el nitrógeno gaseoso que es el componente más volátil, mientras que el oxígeno se recoge líquido por la base de la misma.

En la actualidad los procesos de licación y destilación se producen simultáneamente, ya que el nitrógeno gaseoso frio que se recoge en la cabecera del destilador se utiliza para enfriar el aire en intercambiadores de calor, que queda parcialmente licuado con un contenido de oxígeno muy superior al 21%.

Otra forma de obtención del oxígeno es la electrolisis del agua a la que previamente se le añade ácido sulfúrico o sosa con el objeto de hacerla conductora. En este proceso se desprende hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.

En el laboratorio, el oxígeno se obtiene por descomposición de algunos de sus compuestos. Los óxidos de plata y de mercurio se descomponen térmicamente para dar oxígeno y el metal correspondiente.

El clorato de potasio (KClO₃ ) se descompone en cloruro de potasio y oxígeno en una reacción catalizada por el dióxido de manganeso.

El peróxido de sodio (Na₂O₂) se descompone por la acción del agua generando hidróxido de sodio y oxígeno. 

 RECONOCIMIENTO

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.

APLICACIÓN

Se usan grandes cantidades de oxígeno en los sopletes para soldar a alta temperatura, en los cuales, la mezcla de oxígeno y otro gas produce una llama con una temperatura muy superior a la que se obtiene quemando gases en aire. El oxígeno se le administra a pacientes con problemas respiratorios y también a las personas que vuelan a altitudes elevadas, donde la baja concentración de oxígeno no permite la respiración normal. El aire enriquecido con oxígeno se utiliza para fabricar acero en los hornos de hogar abierto.

El oxígeno de gran pureza se utiliza en las industrias de fabricación de metal. Es muy importante como líquido propulsor en los misiles teledirigidos y en los cohetes.

Constituye aproximadamente la mitad del peso de la corteza terrestre, sus aguas y su atmósfera. Libre constituye el 23% en peso del aire seco. El aire es una mezcla de cuatro partes de Nitrógeno y una parte de Oxígeno con menos de 1% de gases nobles y cantidades variables de vapor de agua y dióxido de carbono. Su compuesto más abundante es el agua.

En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido.

Las fuentes de oxígeno más baratas y abundantes son el aire y el agua. Los principales métodos para su obtención son:

Destilación Fraccionada del Aire líquido.

  

Electrólisis del agua.

Descomposición del Clorato Potásico. 

HIDRÓGENO 

ESTADO NATURAL 

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 hidrogeno 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.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL HIDRÓGENO

Símbolo Atómico: H
Formula Molecular: H₂
Estado Físico: Gas
Color: Incoloro
Olor: Inodoro
Sabor: Insípido
Peso Atómico: 1,0080 u.m.a
Peso Molecular: 2,016 u.m.a
Número Masa: 1
Número Atómico: 1
Número de Oxidación: + 1 y -1 (en los hidruros).
Densidad (a PTN): 0,08987 g/l
Punto de Fusión: -256,14^o C
Punto de Ebullición: -252,7^o C
Solubilidad: Poco soluble en agua.
Símbolo Electrónico: H
Notación Espectral: 1s ¹ 
Estructura Atómica: El hidrógeno pertenece al grupo I por su configuración, ya que tiene un electrón de valencia, pero no por sus propiedades, pues éstas son distintas a las de los elementos alcalinos; pertenece al período I por poseer un solo nivel de Energía. 

PROPIEDADES FÍSICAS 

Una de las propiedades de los elementos no metales como el hidrógeno es por ejemplo que los elementos no metales son malos conductores del calor y la electricidad. El hidrógeno, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre. Debido a su fragilidad, los no metales como el hidrógeno, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos.

El estado del hidrógeno en su forma natural es gaseoso. El hidrógeno es un elmento químico de aspecto incoloro y pertenece al grupo de los no metales. El número atómico del hidrógeno es 1. El símbolo químico del hidrógeno es H. El punto de fusión del hidrógeno es de 14,025 grados Kelvin o de -258,125 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del hidrógeno es de 20,268 grados Kelvin o de -251,882 grados celsius o grados centígrados. Hacen que sea un elemento que se une fácilmente con otros átomos, formando moléculas, incluso consigo mismo

PROPIEDADES QUÍMICAS 

La configuración electrónica del hidrógeno es 1s1. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del hidrógeno es de 25 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 53 pm, su radio covalente es de 37 pm y su radio de Van der Waals es de 120 pm. El hidrógeno tiene un único electrón situado en su primera capa.

El hidrógeno es un poco más soluble en disolventes orgánicos que en el agua. Muchos metales absorben hidrógeno. La adsorción del hidrógeno en el acero puede volverlo quebradizo, lo que lleva a fallas en el equipo para procesos químicos.

A temperaturas ordinarias el hidrógeno es una sustancia poco reactiva a menos que haya sido activado de alguna manera; por ejemplo, por un catalizador adecuado. A temperaturas elevadas es muy reactivo.

OBTENCIÓN 

La utilización del hidrógeno está aumentando con rapidez en las operaciones de refinación del petróleo, como el rompimiento por hidrógeno (hydrocracking), y en el tratamiento con higrógeno para eliminar azufre. Se consumen grandes cantidades de hidrógeno en la hidrogenación catalítica de aceites vegetales líquidos insaturados para obtener grasas sólidas. La hidrogenación se utiliza en la manufactura de productos químicos orgánicos. Grandes cantidades de hidrógeno se emplean como combustible de cohetes, en combinación con oxígeno o flúor, y como un propulsor de cohetes impulsados por energía nuclear. 

RECONOCIMIENTO 

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)

APLICACIÓN 

se pueden aplicar muy diversos métodos para preparar hidrógeno gaseoso. La elección del método depende de factores como la cantidad de hidrógeno deseada, la pureza requerida y la disponibilidad y costo de la materia prima. Entre los procesos que más se emplean están las reacciones de metales con agua o con ácidos, la electrolisis del agua, la reacción de vapor con hidrocarburos u otros materiales orgánicos, y la descomposición térmica de hidrocarburos. La principal materia prima para la producción de hidrógeno son los hidrocarburos, como el gas natural, gas de aceite refinado, gasolina, aceite combustible y petróleo crudo.