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Oxígeno e Hidrogeno
- 1. OXIGENO E HIDROGENO PRESENTADO POR: MARIANA BORREGO PRESENTADO A: DIANA JARAMILLO 10-1 INSTITUCIÓN EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACIÓN IBAGUE-TOLIMA 2019
- 2. INTRODUCCION En el siguiente trabajo encontraras todo lo relacionado conel oxígeno e hidrogeno. El oxígeno es un elemento químico (o) que naturalmente se encuentra libre en el aire y disuelto en el agua de los océanos. Constituye alrededor del 20% de la atmosfera de la tierra y las plantas son las únicas capaces de producirla, como producto de su proceso defotosíntesis. En la biosfera, la capa en donde habitan los seres vivos en el planeta, las aguas son las principales generadora de oxígeno, pues las algas reemplazan un 90% de todo el oxígeno que se usa. Las plantas terrestres hacen el resto. Se sabe qué hace millones de años, cuando la tierra aún era joven, organismo primitivos comenzaron que comenzaron a realizar la fotosíntesis permitieron que el O creciera en abundancia y que criaturas con vida pudieran existir, a través del complejo proceso dela evolución, los seres vivos dominaron el planeta, por lo tanto la existencia del oxígeno en la atmosfera es gracias a la actividad fotosintética de muchos organismos. Otra parte del ciclo natural del oxígeno con notable interés indirecto para los organismos vivos es su conversión en el ozono (O3). Las moléculas de O2 activadas por las radiaciones energéticas de onda corta, se rompen en átomos
- 3. libres de oxigeno que reacciona con otras moléculas de O2 formando ozono. Esta función se produceen la estratosfera y es reversible, de forma de que el ozono vuelva a convertirse en oxigeno absorbiendo radiaciones ultravioletas. El hidrogeno es un elemento químico de numero atómico 1 y representado por el símbolo H, es el elemento más ligero o liviano que existe, siendo aproximadamente 14 veces menos pesado que el aire, por lo general se presenta en su forma molecular (H2) en condiciones normales, este gas en inflamable, incoloro, incoloro, no metálico e insoluble en agua. El hidrogeno es considerado diatónico dadas sus condiciones primarias. Es el primero en la tabla de los elementos, dado que su naturaleza es pura en totalidad, no mantiene sino su propia esencia sin ser egoísta es combinable con todos los elementos que lo circundan. Casi todos los compuestos derivados del organismo vivos contienen H.
- 4. OBJETIVOS Identificar las propiedades físicas y químicas del hidrogeno y oxígeno. Determinar la obtención y aplicación de estos elementos Distinguir la llama del hidrogeno y oxigeno Conocermás a fondo los estados naturales
- 5. MARCO TEORICO OXIGENO PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Propiedades físicas: El oxígeno es más soluble en agua que el nitrógeno; esta contiene aproximadamente una molécula de O2 por cadados moléculas de N2,27 comparado conla proporciónen la atmósfera, que viene a ser de 1:4. La solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura, disolviéndose alrededor del doble (14,6 mg•L−1) a 0 °C que a 20 °C (7,6 mg•L−1).1228 A 25 °C y 1 atmósfera de presión, el agua dulce contiene alrededor de 6,04 mililitros (ml) de oxígeno por litro, mientras que el agua marina contiene alrededor de 4,95 ml por litro.29 A 5 °C la solubilidad se incrementa hasta 9,0 ml (un 50 % más que a 25 °C) por litro en el agua y 7,2 ml (45 % más) en el agua de mar. En condiciones normales de presión y temperatura se encuentra en estado gaseoso. Es incoloro, inodoro e insípido. Se condensa a 90,20 K y se congela a 54,36 K.
- 6. En estado líquido presenta un color azulado. Se presenta en tres formas alotrópicas: oxígeno atómico, oxígeno diatónico y oxígeno triatómico. Propiedades químicas: Tiene tendencia a formar moléculas diatónicas. La propiedad química más importante del oxígeno es que soportala combustión, es decir, ayuda a otros materiales a quemarse. La combustión (quema) del carbón vegetal es un ejemplo. Es el principal reactivo en las reacciones de combustión, ya que de él depende que se lleven a cabo. Es un fuerte agente oxidante. Tiene facilidad de combinarse con otros elementos para formar óxidos. Su electronegatividad es alta, 3.5. Las características y propiedades físicas y químicas del oxígeno son cualidades que nos permite diferenciar al oxígeno de otras sustancias. 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 . En estado libre, el oxígeno se encuentra en la atmósfera en forma de
- 7. 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 sonlos 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 sonsulfatos, carbonatos, fosfatos, nitratos y óxidos, principalmente. APLICACIÓN Respiración:Las plantas y animales dependen del oxígeno para respirar. En medicina: Suministrándolo como suplemento a pacientes con dificultades respiratorias En cohetes:En su forma líquida, el oxígeno es usado como un agente desoxidante en misiles y cohetes. Metalurgia: La produccióndel acero depende del oxígeno. Ciencia:Los paleo climatólogos miden la relación entre el oxígeno-18 y el oxígeno-16 en los esqueletos y exoesqueletos de los organismos marinos para determinar cómo era el clima hace millones de años. Las moléculas de agua de mar que contienen el isótopo más ligero, el oxígeno-16, se evaporan a un
- 8. ritmo ligeramente mayor que las moléculas que contienen oxígeno-18 (un 12 % más pesado);esta disparidad se incrementa a bajas temperaturas. OBTENCION El más común consisteen destilar fraccionadamente aire licuado en sus diversos componentes, conel N2 destilado como vapor y el O2 dejado como líquido. El otro método principal de obtención de O2 gaseoso consiste en pasar un chorro de aire limpio y seco a través de un lecho de tamices moleculares de zeolita, que adsorbenel nitrógeno y dejan pasar un chorro de gas que es de un 90 a un 93 % O2.Simultáneamente, el otro lecho de zeolita saturada de nitrógeno libera este gas al reducir la presión de funcionamiento de la cámara e introducir en ella a contracorriente parte del oxígeno separado en el lecho productor. Después de cada ciclo completo, los lechos se intercambian, lo que permite un suministro constante de oxígeno. Esto se conoceporadsorciónpor oscilación de presión y se utiliza para producir oxígeno a pequeña escala. El oxígeno también puede producirse mediante la electrólisis del agua, descomponiéndola en oxígeno e hidrógeno, para lo cual debe usarse una corriente continua; si se usara una corriente alterna, los gases de cada extremo consistirían en hidrógeno y oxígeno en la explosiva relación 2:1.
- 9. Contrariamente a la creencia popular, la relación 2:1 observadaen la electrólisis de corriente continua del agua acidificada no demuestra que la fórmula empírica del agua sea H2O, a menos que se asuman ciertas premisas sobrela fórmula molecular del hidrógeno y el oxígeno. Un método similar es la evolución electro catalítica del O2 de óxidos a oxácidos. También se pueden usar catalizadores químicos, como en el generador químico de oxígeno o en las velas de oxígeno que se usan en el equipamiento de apoyo en submarinos y que aún son parte del equipamiento estándar en aerolíneas comerciales para casos dedespresurización. Otra tecnología de separación del aire consisteen forzar la disolución del aire a través de membranas de cerámica basadas en dióxido de zirconio, ya sea por alta presión o por corriente eléctrica, para producir O2 gaseoso prácticamente puro. COMBUSTION En la combustiónuna sustancia química reacciona rápidamente con oxígeno produciendo calor y luz. Los productos típicosdeuna reacción de combustión son CO2, H2O, N2 y óxidos de cualquier otro elemento presente en la muestra original. Un ejemplo típico de combustión es la oxidación del metano según el proceso
- 10. Las reacciones de combustión a menudo transcurren mediante la formación de radicales libres, moléculas o iones electrónicamente excitados que emiten fluorescencia dando color a la llama, o también formando pequeñas partículas de sólido (ejem. carbón)cuya incandescencia puede observarse. La combustión es un proceso muy importante en nuestras vidas pues los combustibles se usan como fuente de energía, gasolina, gas, etc., en los medios de transportes, coches, aviones o en los hogares o industrias. LLAMA La llama que se produceen este caso tiene poco poderdeiluminación, por lo que se conoceconel nombre de llama de oxidación o llama oxidante, y el exceso de oxígeno es suficientemente alto para oxidar a los metales. Si falta oxígeno, la combustiónes incompleta y la temperatura que se alcanza es mas baja; en esta llama se reducen los óxidos de algunos metales; la llama que se producetiene una luminosidad característica a causa de la incandescencia del carbónque no se quema por falta de oxígeno. Esta llama se conoceconel nombre de llama de reducción.
- 11. HIDROGENO PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS PROPIEDADES FÍSICAS 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 consistede dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Poseetres isótopos, delos 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 hidrogeno es fácilmente absorbido porciertos metales finamente divididos, siendo los principales paladio, platino y oro. Porejemplo, uno volumen de paladio finamente dividido puede adsorberaproximadamente 850 volumen es de Hidrógeno a temperatura ambiente. El hidrógeno absorbido es muy activo químicamente. PROPIEDADES QUÍMICAS Químicamente, el hidrogeno es capaz de combinarse con la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas. El hidrogeno tiene
- 12. gran afinidad conel 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 conmucha precaución. La reacción es: La ecuación anterior nos indica la gran cantidad de energía desprendida porla reacción. Una propiedad muy importante del hidrógeno es su poderreductor. En efecto, a altas temperatura el hidrógeno reacciona con algunos óxidos reduciéndolos. Este poderreductor, que se base en la tendencia del hidrógeno a oxidarse al estado de oxidación +1, tiene además aplicación en muchos procesos químicos. 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
- 13. 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 porpeso;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. OBTENCION El hidrógeno se obtiene mediante diversos procesos: electrólisis reformado gasificación ciclos termoquímicos producciónbiológica Electrólisis: Es un proceso queconsiste en la descomposicióndel 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 poseela
- 14. ventaja de podercombinarse y relacionarse de manera óptima con las energías renovables conel fin de producir H2. Reformado: El reformado, consiste en la reacción de los hidrocarburos conla presencia de calor y vapor de agua. Dicho método permite producir grandes cantidades de hidrógeno con un bajo coste, partiendo del gas natural. Gasificación: El hidrógeno a través del proceso degasificación, 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 porgasificación, 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.
- 15. Ciclos termoquímicos: Este proceso utiliza el calor de bajo costeproducido de la alta temperatura que procedede la energía nuclear o también de la energía solar concentrada. Es un proceso bastanteutilizable y atractivo cuando se habla de gran escala, al tener bajo costeeconómico, 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. Producciónbiológica: Las bacterias, y las algas, producenhidrógeno 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. APLICACIÓN Producciónde ácido clorhídrico (HCl) Combustible para cohetes
- 16. Enfriamiento de rotores en generadores eléctricos en puestos de energía, visto que el hidrogeno poseeuna elevada conductividad térmica; En estado líquido es utilizado en investigaciones criogénicas, incluyendo estudios de superconductividad. Como es 14,5 veces más liviano que el aire es por esto utilizado muchas veces como agente de elevación en globos y zeppelines, más allá que esta utilización sea reducida debido a los riesgos de trabajar con grandes cantidades de hidrógeno, que fue bien patente en el accidente que destruyó el zeppelín «Hindenburg» en 1937. El deuterio, un isótopo del hidrógeno en que el núcleo es constituído por un protóny un neutrón, es utilizado en la forma de la llamada “agua pesada”en fisión nuclear como moderador de neutrones. Compuestos dedeuterio poseen aplicaciones en química y en biología en estudios de reacciones utilizando el efecto isotópico. COMBUSTION La energía total liberada porsu combustión (LHV -P.C.Ivalor calorífico inferior – cantidad de energía liberada en forma de energía térmica, en la oxidación de un combustible) por unidad de masa es el más grande de todos
- 17. los combustibles conocidos. Porejemplo, si quemáramos un gramo de hidrógeno, obtendríamos 2,8 veces más energía que si quemáramos la misma masa de gasolina. Esta característica lo torna el propulsorideal para cohetes. LLAMA El hidrógeno se quema en el aire formando una llama azul pálido casi invisible. Es el más ligero de los gases conocidos en función de su bajo peso específico conrelación al aire. Por esta razón, su manipulación requiere de cuidados especiales para evitar accidentes. Propenso a fugas debido a viscosidad y a su bajo peso molecular