EL OXÍGENO Y EL HIDRÓGENO

                                

TALLER TEÓRICO





JULIANA ÑAÑEZ TRIANA





QUÍMICA

10-1

INST.EDUC.EXALUMNAS DE LA PRESENTACIÓN

IBAGUE -TOLIMA
2019

OXIGENO E HIDRÓGENO                    

INTRODUCCIÓN :

Este trabajo se hizo con el fin de conocer más sobre los elementos químicos O2 (oxígeno) y H2 (Hidrógeno), así mismo conocer sus estados, propiedades,combustión y obtención; para eventualmente ser utilizados en futuros laboratorios o investigaciones.  

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:

• Definir el estado natural del oxígeno y del hidrógeno así mismo sus orígenes. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Buscar las propiedades físicas y químicas del oxigeno y el hidrógeno como elementos de la tabla periódica. 
• Descubrir cómo se obtiene y recolecta el oxígeno y el hidrógeno en la naturaleza.
• Aprender a cerca de la combustión del oxígeno y el hidrógeno   

MARCO TEÓRICO:

OXIGENO:

El oxígeno es el elemento químico de número atómico 8 que constituye cerca de la quinta parte del aire atmosférico terrestre en su forma molecular O2. En esta forma molecular, que está compuesta por dos átomos de este elemento, el oxígeno es un gas.
El oxígeno es un elemento clave de la química orgánica, al formar parte del agua (H2O), de los óxidos, de los seres vivos y de casi todos los ácidos y sustancias orgánicas. Se trata de un gas incoloro, inodoro e insípido, que es muy reactivo y que resulta esencial para la respiración.

Abunda en el Sol, siendo el tercer elemento más abundante en el astro y primordial en el desarrollo de los ciclos de carbono-nitrógeno, el mismísimo proceso que le da la gran energía al Sol y al resto de las estrellas. Bajo determinadas condiciones, es el oxígeno lo que le da esas tonalidades rojas, brillantes, verdes y amarillentas a las auroras boreales. Esto lo vimos cuando te enseñé algunas de las mejores fotografías de auroras boreales y hablamos acerca de su formación.

El oxígeno posee nueve isótopos, el natural es una mezcla de tres de ellos. El del oxígeno-18, que se produce de forma natural, es estable y se comercializa libremente en el mercado, en forma de agua.
El tan importante trioxígeno, más conocido como ozono, es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno, éste forma una capa protectora en la atmósfera y que es fundamental para prevenir los daños que la luz ultravioleta del Sol nos puede causar.

HIDRÓGENO

El hidrógeno, el primero de los elementos de la tabla periódica, es también el elemento químico más ligero que existe y además, no solo es el más abundante de nuestro planeta, sino el del universo entero, ocupando casi el 74% de toda la materia visible del universo.El hidrógeno es la forma más simple de un átomo y se cree que el más abundante, ya desde los primeros momentos después del Big Bang. Descubierto en el año 1766, por el físico-químico británico Henry Cavendish, fue nombrado a partir del griego Hydro (agua) y Gen (generador), pues como todos sabemos, al combinarse con oxígeno forman agua. Se trata de un elemento químico incoloro, inodoro, de tipo gaseoso y no metálico, además, su masa atómica es tan ligera (1,00797) que no existe ningún otro elemento químico más liviano que el hidrógeno.

demás de representar las tres cuartas partes de la materia del universo, se estima que el hidrógeno representa más del 90% de los átomos de nuestro planeta. El hidrógeno juega un papel fundamental en la alimentación del universo, tanto a través de la reacción protón-protón como en el ciclo carbono-nitrógeno. En los procesos de fusión de hidrógeno estelar, se liberan cantidades masivas de energía a través de la combinación del hidrógeno para formar helio.
Júpiter, al igual que muchos otros planetas gaseosos de gran tamaño, están compuestos mayoritaria y especialmente por hidrógeno. A una profundidad determinada, en el interior del planeta, la presión es tan grande que el hidrógeno molecular sólido se convierte en hidrógeno metálico sólido. Aunque el hidrógeno en estado puro es un gas sumamente liviano, hay un poco de éste en la atmósfera, éste es tan ligero que si no se combina, alcanza en sus colisiones las velocidades suficientes como para ser expulsadas de la atmósfera fácilmente.

PROPIEDADES FÍSICAS:

OXÍGENO:

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.

Si se suministra energía al oxígeno diatómico se obtiene la otra forma alotrópica del oxigeno conocida como ozono, de acuerdo con la reacción siguiente:

3Oo (g) → 2O3 (g)

La estructura de Lewis consideraba para el oxigeno presenta electrones sin pareja que violentan la regla del octeto, pero justifican el carácter paramagnético del oxígeno molecular, de acuerdo al cual el oxígeno es atraído por un campo magnético, tanto en su estado gaseoso como en estado líquido.

El ozono no es magnético, por tanto se le considera una estructura en la cual todos los electrones están apareados.
El ozono tiene un olor fuerte y penetrante. Éste es más soluble en agua que el oxigeno debido a que las moléculas del O3 son polares, sin embargo las del O2 no lo son.
Si llevamos el ozono a una temperatura de -111.5 oC se convierte en un líquido azul intenso de carácter fuertemente explosivo. El ozono es un agente oxidante fuerte. Sus aplicaciones se basan, precisamente, en su fuerte carácter oxidante.
El ozono se usa como germicida, como decolorante de ceras, féculas, grasas y barnices.

El oxigeno tiene tres isótopos estables y diez radiactivos. Los radioisótopos tienen todos una vida media de menos de tres minutos.

HIDRÓGENO:

Piensa en nuestro sistema solar, como la representación de un átomo. El sol es el núcleo y los planetas exteriores son los electrones que lo circundan. En el caso del hidrógeno, existe un protón, (sol) y un electrón (el planeta Mercurio).
El hidrógeno es el único elemento en la tabla periódica sin un neutrón en el núcleo. Esto es lo que distingue a un átomo de hidrógeno de los demás. Al hidrógeno también se le asigna el número 1. Esto se relaciona con el número de protones en su núcleo. De acuerdo con Anthony Carpi, Ph.D. en aprendizaje de la visión, el hidrógeno es también el átomo más pequeño, con una medida de 5 x 10-8 mm. Para imaginar ese tamaño Carpi dice que es como tomar "... casi 20 millones de átomos de hidrógeno para hacer una línea, tan larga como este guión -".
Las propiedades físicas de hidrógeno hacen que sea un elemento que se une fácilmente con otros átomos, formando moléculas, incluso consigo mismo. Y de acuerdo con David L. Bergman de Common Sense Science "... átomos individuales, independientes de hidrógeno son inestables y no existes". Es por ello que el hidrógeno se encuentra generalmente en forma molécular.
La composición de hidrógeno se encuentra con un protón y un electrón.

PROPIEDADES QUÍMICAS:

OXIGENO:

El oxígeno es un no metal moderadamente activo, cuya electronegatividad ocupa el segundo lugar entre todos los elementos. Se combina directamente con todos los elementos, excepto con los metales nobles, como Plata, Oro, y Platino. Entre los no metales, no se combinan directamente con el oxígeno los gases nobles del grupo VIIIA y los Halógenos del grupo VIIA, altamente electronegativo, reacciona con facilidad con el carbono, azufre y fósforo.

Formación de óxidos metálicos o básicos

Aunque la oxidación es lenta, si se calienta un metal, pude producirse la Combustión. El Sodio arde fácilmente en el aire, formando, en lugar del óxido, el Peróxido.2Na(s) + O2(g) = Na2O2(s)
El Magnesio y los Alcalinos-térreos del grupo II se oxidan o arden formando los óxidos normales.2Mg(s) + O2(g) = 2MgO(s)
El polvo del aluminio arde violentamente en el aire.4Al(s) + 3O2(g) = 2Al2O3(s)
El hierro se oxida formando el familiar Óxido de hierro (III).4Fe(s) + 3O2(g) = 2Fe2O3(s)Formación de óxidos ácidos

Los óxidos de los metales son Óxidos ácidos. El carbono, el azufre y fósforo arden fácilmente, formando Dióxido de carbono, Dióxido de azufre y Pentóxido de difósforo, respectivamente:

C(s) + 02(g) = C02(g)S8(s) + 1602(g) = 8SO2(g)P4(S) + 502(g) = 2P205(s)

HIDRÓGENO:

• En condiciones normales, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro y sin sabor.

• Es la molécula más pequeña conocida.

• La densidad del hidrógeno es de 76 Kg./m^3, y cuando se encuentra en estado de gas, la densidad es de 273 kg./ L.

• Posee una gran rapidez de transición, cuando las moléculas se encuentran en fase gaseosa. Debido a esta propiedad, hay ausencia casi total, de hidrógeno en la atmósfera terrestre.

• Facilidad de efusión, así como también de difusión.

• Optima conductividad calorífica

• Punto de fusión de 14025 K.

• Punto de ebullición de 20268 K

COMBUSTIÓN:

La combustión es un fenómeno químico que se produce cuando arden ciertas sustancias combustibles- madera, carbón, aceite o alcohol -, que produce calor y gases, éstos, transformados en llamas consumen la materia hasta que no queda si no un montoncito de ceniza.; aunque no siempre sucede así. Si pesamos y colocamos limaduras de hierro muy finas sobre una tela metálica, las limaduras llegan al rojo, arden y se transforman en una masa dura, negra- que ya no es hierro - y tiene un peso mayor. El hombre investigó muchos años para dejar de creer que el fuego era una manifestación de los espíritus, y aclarar la verdadera raíz de este fenómeno.

OXÍGENO:

El oxígeno tiene la capacidad de combinarse con diversos elementos para producir óxidos. Por ende, oxidación es la combinación del oxígeno con otra sustancia. Existen oxidaciones que son sumamente lentas, como por ejemplo la del hierro. Cuando la oxidación es rápida se llama combustión.

Pues bien, la combustión se refiere a las reacciones químicas que se establecen entre cualquier compuesto y el oxígeno. A esto también se le llama reacciones de oxidación. De este tipo de proceso se desprenden energía lumínica y calórica y se llevan a cabo rápidamente. Cabe destacar que los organismos vivientes, para producir energía, utilizan una combustión controlada de los azúcares.
El material que arde, como el kerosén y el alcohol, es el combustible y el que hacer arder, como el oxígeno, se llama concurrente. Ignición es el valor de temperatura que debe presentar el sistema fisicoquímico para que se pueda dar la combustión de manera natural.

El proceso termina cuando se consigue el equilibrio entre la energía de los compuestos que reaccionan y la de los productos de la reacción. Con el punto de ignición se alcanza la temperatura de inflamación, activado por la energía de una chispa o por la llama de un fósforo.

LA LLAMA:

La llama o flama al proceso en el cual la combustión es producida en un elemento inflamable que se encuentra en una atmósfera con mucho oxígeno y se enciende una emisión de luz intensa. Las muchas reacciones de combustión son exotérmicas despiden una gran energía que se expresa en forma de calor.

La llama se produce a causa de la emisión de energía de los átomos que tienen partículas específicas están ubicadas en los gases de combustión, estos son llevados a este suceso debido al gran calor que se produce en estas reacciones. El color de la llama dependerá del medio en que se produzca y se utilice el quemador, lo que se logra con el combustible y el comburente.
Dependiendo de la combustión la llama puede ser más intensa, oscura u opaca, donde la calentura de la misma dependerá de la composición de los elementos antes mencionados (comburente y la combustión).

OBTENCIÓN:

OXÍGENO:

Dado que constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera, se obtiene industrial mente 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.

Desde el punto de vista Industrial, pueden seguirse dos procedimientos para la obtención del oxígeno: la electrólisis del agua y la destilación fraccionada del aire.
Para la obtención por electrólisis, se prepara una solución de sosa cáustica en agua, y se introducen en la misma dos electrodos conectados a un generador de corriente continua. Al circular la corriente eléctrica a través de la solución, se produce la descomposición del agua en sus dos elementos integrantes, recogiéndose el oxígeno, en forma gaseosa, en uno de los electrodos, y el hidrógeno, en el otro. Este procedimiento resulta muy costoso y apenas se emplea, por lo que el oxígeno para aplicaciones Industriales suele obtenerse por destilación fraccionada del aire.

El aire atmosférico se recoge en grandes depósitos que se conocen como torres de lavado. A través de estas torres se hace circular una solución de sosa cáustica, que somete al aire a un proceso de lavado, eliminando el anhídrido carbónico.

A la salida de la torre de lavado el aire se comprime y se hace a través de unos depuradoras en los que se eliminan las partículas de aceite y el vapor de agua. 
De aquí el agua pasa a los cilindros de secado. Estos cilindros contienen potasa cáustica, que seca el aire y elimina cualquier residuo de anhídrido carbónico y vapor de agua. En el extremo superior de estos cilindros existen nuevos filtros de un algodón especial, que evitan que cualquier sustancia extraña pueda pasar a las líneas de alta presión. Una vez seco, limpio y sometido a elevadas presiones, el aire pasa a las columnas de rectificación, en las que se enfría y se expande hasta presiones próximas a la atmosférica. Esta gran expansión del aire previamente enfriado provoca la licuación del mismo. 
Partiendo del aire en estado líquido resulta sencillo separar el oxígeno y el nitrógeno, debido a la diferencia de temperaturas de ebullición de ambos gases (-195,5º C, para el nitrógeno y ---182º C para el oxígeno). El nitrógeno, que tiene una temperatura de ebullición más baja, se evapora primero, dejando un residuo de oxígeno líquido en el fondo del condensador. 
A continuación, el oxígeno líquido pasa a través de un serpentín en el que se calienta hasta pasar al estado gaseoso. El gas producido se controla con un caudalímetro y se almacena en grandes tanques. De aquí se recoge para cargar las botellas tal como se utilizan en la Industria. 

HIDRÓGENO:

Para obtener hidrógeno en estado puro, es necesario extraerlo de los compuestos en los que se encuentra combinado, principalmente el agua, los combustibles fósiles y la materia orgánica (biomasa).

• Mediante la electrólisis, el agua se descompone para formar hidrógeno y oxígeno. Realmente se trata de llevar a cabo el proceso inverso a la reacción de combustión de hidrógeno (3).Como puede observarse, en esta reacción se necesita un aporte energético, que será suministrado mediante energía eléctrica. El mecanismo de electrólisis es el siguiente: en una célula electroquímica hay dos electrodos (cátodo y ánodo) unidos por un medio conductor formado por iones H+ (protones) disueltos en agua. El paso de corriente eléctrica entre cátodo y ánodo hace que el agua se disocie, formándose hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. Más adelante veremos otro tipo de células electroquímicas («pilas de combustible») que actúan justamente a la inversa, consumiendo hidrógeno y oxígeno para producir electricidad y agua.

• Como se ha dicho anteriormente, los combustibles fósiles son «portadores de hidrógeno», porque lo contienen en su molécula. Para obtenerlo como gas hidrógeno, bastaría con hacerlos reaccionar con agua utilizando un catalizador para facilitar la reacción. Este proceso químico se denomina «reformado con vapor de agua» y requiere aporte de energía porque es un proceso endotérmico, en el que se obtienen como productos principales hidrógeno y monóxido de carbono (CO).Ese aporte de energía puede reducirse introduciendo oxígeno (o aire) al reactor al mismo tiempo que se alimenta el agua. De esta forma, el proceso se convierte en un proceso ligeramente exotérmico -desprende calor- que se denomina «reformado autotérmico». Además de hidrógeno y monóxido de carbono, también se puede formar dióxido de carbono (CO2) por combustión con el oxígeno. El resultado final es una menor producción de hidrógeno, pero resulta de interés en algunos casos por el menor consumo energético.

• La biomasa es materia que proviene de los seres vivos, tanto vegetales (residuos forestales, agrícolas, cultivos energéticos...), como animales (purines, vísceras...) en la que abundan los compuestos hidrogenados. Cuando el tratamiento de la biomasa da lugar a la formación de gas, a este producto se le denomina biogás. Mediante procesos químicos de reformado de ese gas, como los mencionados anteriormente, se puede obtener hidrógeno.Otros tratamientos de la biomasa dan lugar a la obtención de biocarburantes líquidos que pueden utilizarse también posteriormente como combustibles para la producción de H2 más fácilmente transportables: es el caso del bioetanol o el biodiesel. En todos los casos, junto con el hidrógeno se obtiene también dióxido de carbono pero, a diferencia de lo que ocurre con los combustibles fósiles, este CO2 no supone un aumento de emisiones a la atmósfera, ya que forma parte del ecosistema.

WEBGRAFÍA:

https://www.lenntech.es/periodica/elementos/o.htmhttps://www.monografias.com/docs/Propiedades-Quimicas-y-Fisicas-Del-Oxigeno-PKY7GFJDU2Y
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https://okdiario.com/curiosidades/2017/01/27/caracteristicas-oxigeno-700941
https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4377/caracteristicas-del-oxigeno
https://www.partesdel.com/partes_de_la_llama.html
http://petionnaturaleza.blogspot.com/2016/04/el-oxigeno-y-la-combustion_16.html
https://definicion.de/oxigeno/
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http://www.educaplus.org/sp2002/5preparacion/o5.html
http://literaturaquimicaeloxigeno.blogspot.com/2015/05/usos-y-aplicaciones.html
https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4318/curiosidades-sobre-el-hidrogeno
https://quimica.laguia2000.com/general/obtencion-del-hidrogeno
https://www.caracteristicass.de/hidrogeno/
https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/aplicaciones-del-hidrogeno
https://elementos.org.es/oxigeno
http://www.rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/como-obtener-hidrogeno