Hidrógeno

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Historia y estado 
natural del 
hidrógeno 
AJgunos aspectos 
generales de la 
química del 
hidrógeno 
Preparación del 
hidrógeno 
Hidrógeno 
Turquet de Mayeme (1655) y Boyle (1672) al hacer re• 
accionar hierro con ácido sulfúrico recogieron un gas inflama­
ble. Un siglo después, Cavendish investigó las propiedades de 
este gas y lo denominó "aire inflamable", pero fue Lavoisiex 
quien lo llamó por su nombre actual, hidrógeno. 
El hidrógeno se encuentra en estado libre en algunos gases 
volcánicos y en la atmósfera externa del Sol; otras estrellas 
están constituidas casi por completo de hidrógeno. Las tem­
peraturas demasiado altas comunes en las estrellas ( 108-101 
ºC) ocasionan la fusión de átomos de hidrógeno, de lo que 
resulta una liberación de energía colosal; se han propuesto 
algunos esquemas de reacción para este proceso, el cual, final­
mente, . termina con la formación de helio: 
4l: H - jHe + 2
+
�e ( energía liberada) 
el�trón positivo o positrón 
El hidrógeno que se desprende durante las reacciones quí-
- micas se pierde con demasiada facilidad, debido a que la masa
de la molécula de hidrógeno es tan pequeña y su velocidad tan
grande que puede escapar del campo gravitacional de la Tierra.
Las principales fuentes de hidrógeno son el agua, el petróleo
y el gas natural donde éste se encuentra combinado con el
carbono. El elemento es parte fundamental de toda la materia
viva, forma parte de las proteínas y grasas.
Los átomos· de hidrógeno consisten de un protón y un elec­
trón. Casi toda la química del hidrógeno puede explicarse en 
términos de su. tendencia a adquirir la configuración electró­
nica del gas noble helio; esto se logra al ganar un electrón ·y 
formar el ion hidruro, H-, al compartir su electrón y aceptar 
el compartir un electrón de otro átomo, corno en la molécula 
de hidrógeno H-H y por la aceptación de un par de electro­
nes no compartido; esto lo hace en forma de protón cuando se 
combina, por ejemplo, con agua y amoníaco para formar los 
iones hidroxonio, HaO+ y amonio, NH4+, respectivamente. Estos 
tres difierentes tipos de comportamiento se discutirán más ade­
lante en este capítulo. 
El hidro geno puede prepararse con facilidad por acción de 
ciertos metales sobre el agua ( o vapor de agua) y los ácidos 
diluidos. Deben evitarse el ácido nítrico y el ácido sulfúrico con­
centrado, ya que el hidrógeno aparece como agua en estos 
casos y se desprenden óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre, 
respectivarnen,te. También se forma por electrólisis del agua 
en presencia de pequeñas cantidades de ácidos, álcalis y sales, 
por el paso de vapor de agua sobre carbono precalentado y en 
la hidrólisis de un hidruro iónico, por ejemplo Ca2-+(H-)2 , 
Acción del agua sobre metales 
Este es un proceso en el cual se reducen, esencialmente, 
iones hidroxonio. Como otros cationes, al igual que el ion hi­
drógeno, están hidratados en agua y las ecuaciones en que se 
muestra la hidratación son más complejas, sólo se escribirán 
los cationes simples: 
2H+ + 2e ____,.. H2 
Los metales con potenciales electroquímicos muy negativos 
(Grupos lA y 2A) reaccionan con el agua, en frío; por ejemplo, 
2Na + 2H20 ---+ 2Na+OH- + H2 
El magnesio reacciona muy lentamente con el agua, pero vi­
gorosamente con el vapor de agua; se forma el óxido más que 
el hidróxido: 
Mg + H20 ____,.. Mg2+02- + H2 
Acción de los ácidos diluidos sobre los metales 
Esta es nuevamente una reducción de iones hidrógeno. To­
dos los metales arriba del hidrógeno en la serie de potenciales 
electroquímicos reaccionan con los ácidos clorhídrico y sulfú­
rico diluidos para formar hidrógeno; al metal de potencial 
electroquímico más negativo corresponde la reacción más vi­
gorosa. El plomo no da evidencias de reaccionar con los ácidos 
clorhídrico y sulfúrico diluidos, ya que una capa insoluble de 
sal evita una acción apreciable. 
El hidrógeno se prepara comúnmente en el laboratorio me­
diante la reacción del zinc con ácido clorhídrico diluido ( 1 vol. 
de ácido clorhídrico conc. y 1 vol. de agua). El gas, sin embar­
go, con frecuencia está contaminado con sulfuro de hidrógeno 
y arsina provenientes de trazas de sulfuro de zinc y arsénico del 
zinc. 
Zn + 2H+ - Zn2+ + H2 
El zinc muy puro reacciona con lentitud con estos ácidos y 
este fenómeno se atribuye a la alta energía de activación que 
se requiere para efectuar una o las dos reacciones: 
2H+ + 2e-2H 
2H-H2 
La reacción puede catalizarse con cobre o platino, los cuales 
por sí mismos no desplazan al hidrógeno de los ácidos; el 
hidrógeno no se desprende de la superficie del zinc. Se sabe 
que el platino es un catalizador muy eficaz para la recombi­
nación de átomos de hidrógeno. 
Producción industrial 
de hidrógeno 
Acción de los álcalis fuertes sobre el zinc y el aluminio 
El zinc, y más particularmente el aluminio, reaccionan con 
las soluciones acuosas de los hidróxidos de sodio y de potasio 
para dar hidrógeno: 
Zn + 20H- + 2H20 - Zn(OH)42- + H2
i0111 zincato 
2Al + 20H- + 6H20 -2Al(OH)4- + 3H2
ion aluminato 
Hidrólisis de hidruros iónioos 
En este tipo de reacción un ion hidruro se oxida a hidró­
geno por pérdida de un electrón; esto también puede conside­
rarse como una reacción ácido-base en el sentido de 
Bronsted­Lowry; por ejemplo, 
Ca2+(H-)2 + 2H20-Ca2+(QH-)2 + 2H2 
o H- + H20-0H- + H2 
Acción del vapor de agua sobre coque o hidrocarburos 
El primer proceso consiste en pasar vapor de agua sobre 
coque al rojo blanco a· una temperatura de aproximadamente 
1200ºC. La reacción es endotérmica y la temperatura baja a 
800ºC. En este punto se inyecta aire caliente para elev-ar de 
nuevo la temperatura a 1200°C; las dos reacciones son: 
e+ H20-co + H2 ( endotérmica) 
gas de agua 
2C + (02 + 4N2)- 2CO + 4N2 (exotérmica) 
gas pobre 
Luego se trata el gas de agua con más vapor de agua a una 
temperatura de aproximadamente 450ºC en presencia de un 
catalizador especial de hierro; el monóxido de carbono se trans­
forma en dióxido y se produce una molécula más de hidró­
geno: 
CO + H2 + H20 � C02 + 2H2 ( reacción de desplazamiento) 
gaa de agua 
El dióxido de carbono se elimina por absorción en agua a pre­
sión o tratándolo con una solución caliente de hidróxido de 
potasio. 
El método anterior ha sido reemplazado por un proceso 
semejante que utiliza hidrocarburos de refinería baratos en 
lugar de coque. La primera etapa del proceso opera a 900ºC 
en presencia de un catalizador de níquel; aquí se forma una 
mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno ( gas de síntesis). 
La segunda etapa (la reacción de desplazamiento) es exacta­
mente igual a la reacción anterior, gas de agua/vapor de agua 
y el dióxido de carbono se elimina por la misma técnica. Las 
Propiedades del 
hidrógeno 
trazas remanentes de monóxido de carbono se desechan por 
absorción en una solución amoniacal de formiato de cobre(I). 
CnH2n+2 + nH20-nCO + (2n + l)H2 
gas de BÍDteliS 
( reaccion de desplaza-
nCO + nH20 .= nC02 + nH2 miento) 
Otros métodos para fabricar hidrógeno 
Durante el proceso de "cracking" de hidrocarburos se ob­
tiene hidrógeno como subproducto y también en la fabrica­
ción de cloro e hidróxido de sodio por electrólisis de una so­
lución concentrada de cloruro de sodio. 
Propiedades físicas 
El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Este 
puede licuarse por compresión y enfriamiento con nitrógeno, 
seguido de una expansión brusca. El hidrógeno liquido (p.e. 
- 253°C) se transforma en sólido a - 259 ºC.
Propiedades químicas 
El hidrógeno arde en el aire y, en ciertas condiciones, re­
acciona explosivamente con el oxígeno y los halógenos. 
2H2 + 02 -2H20 
H2 + Cl2 -2HCI 
Reacciona en forma parcial con el azufre en ebullición para 
dar sulfuro de hidrógeno, 
H2 + S se= H2S 
y con el nitrógeno a temperatura elevada y presión, en pre­sencia 
de un catalizador, para formar amoníaco. 
Con la mayoría de los elementos de los Grupos lA y 2A forma 
hidruros iónicos y con los metales de transición da lugar a una 
serie decompuestos poco definidos, los com­puestos intersticiales. 
A temperaturas elevadas re­duce muchos óxidÓs metálicos a 
metales; esta propiedad se utiliza para la extracción del 
wolframio y del molibdeno de sus óxidos, por ejemplo 
WOa + 3H2-W + 3H20 
En presencia de níquel finamente dividido, a 150ºC, o con 
platino o paladio a temperatura ordinaria, el hidrógeno puede 
reducir los enlaces -C = e-y -C == C-de compuestos or­
gánicos y formar compuestos saturados, por ejemplo 
H2C=CH2 + H2-HaC-CHa 
Esta técnica es útil para la determinación del número de estos 
agrupamientos en los compuestos orgánicos. 
Hidruros 
Hidruros iónicos 
Unicamente los metales de los Grupos lA y 2A son lo sufi­
cientemente electropositivos para obligar al átomo de hidrógeno 
a recibir un electrón. Estos hidruros, que consisten en sólidos 
blancos cristalinos, se forman al calentar el metal en atmósfera 
de hidrógeno a temperaturas superiores a los 700°C. Los hidru­
ros de Grupo lA, por ejemplo el Na+H-, tienen la estructura del 
cloruro de sodio, esto es, cada catión está rodeado por seís iones 
hidruro equidistantes y viceversa; las estructuras de los hidruros 
del Grupo 2A, como el Ca2-+(H-)2, son más complejas. 
Con excepción del hidruro de litio, todos se descomponen an­
tes de alcanzar sus puntos de fusión, y la existencia del ion 
hidruro se demuestra en la electrólisis de éstos en haluros al­
calinos fundidos, por la deposición de hidrógeno en el ánodo. El 
ion hidruro es una entidad muy reactiva y todos los hidruros 
iónicos se descomponen con el agua y el aire (probablemente 
iniciada por trazas de vapor de agua en el aire) : 
H- + H20-0H- + H2
Hidruros covalentes 
La mayor parte de los hidruros encaja dentro de este grupo 
y, excepto unos cuantos, son gaseosos a temperatura ordinaria. 
Se forman con los elementos desde el Grupo 4B al 7B de la Tabla 
Periódica. Son ejemplos representativos: 
H /H ./H 
¡ 
H-C-H :N'\" :_s'\ 
H-Cl:
1 
H H H 
metano: amoniaco 
sulfuro de cloruro ·de 
hidrógeno hidrógeno 
La estabilidad de los elementos de un grupo periódico par­
ticular de la Tabla Periódica disminuye con el aumento del nú­
mero atómico ( mientras más "metálico" es el elemento); así, 
mientras el cloruro de hidrógeno es estable al calor, el yoduro 
se descompone en sus elementos con facilidad. Algunos son tan 
inestables en presencia de trazas de aire; por ejemplo, el esta­
nano, SnH4, que se requiere de métodos especiales para pre­
pararlos. 
En los hidruros covalentes, el hidrógeno muestra su ten­
dencia a adquirir la configuración estable del helio, compar­
tiendo electrones. 
Hidmros inte,-sticiales 
Estos compuestos poco definidos los forman varios metales 
de transición y el hidrógeno se acomoda en el retículo del ele­
mento de transición. Ocurre una ligera expansión del retículo 
metálico, ya que la densidad del hidruro es menor que la del 
Hidrógeno 
activo 
metal patrón. No puede asignarse una fórmula química definida 
a estas sustancias, esto es, no son estequiométricos. Aunque 
puede variarse la composición por cambios de temperatura y
presión, se han reportado fórmulas tales como TiH1, 1a y ZrH1 ,s2• 
La absorción de hidrógeno es reversible y, sin excepción, éste 
. puede eliminarse por bombeo a temperaturas lo suficiente ele-
vadas. El uso de paladio finamente dividido para preparar hidró­
geno bastante puro se basa en esta reversibilidad. 
Los compuestos de transición forman otros compuestos in­
tersticiales, por ejemplo nitruros y carburos, debido a que el 
nitrógeno y el carbono, al igual que el hidrógeno, poseen átomos 
pequeños que pueden penetrar el retículo cristalino sin causar 
mucha distorsión. 
Hidruf'os oovalentes deficientes de electf'ones 
Estos compuestos parecen ser intermediarios estructurales 
entre los hidruros iónicos y los covalentes. Son polímeros y se 
supone que los átomos de hidrógeno funcionan como puentes. 
Dos ejemplos típicos son los hidruros de berilio y de magnesio, 
la estructura del último se representa como: 
[H\ /H\ //] 
/Mg< /M(,,
H H n 
Las teorías simples de la valencia son inadecuadas para descri­
bir estructuras de este tipo, pero las más avanzadas pueden 
proporcionar una explicación del enlace. 
Hidrógeno at6mico 
La molécula de hidrógeno puede disociarse en átomos me­
diante el uso de fuentes de alta energía, tales como un tubo de 
descarga que contenga hidrógeno a baja presión o un arco 
de corriente de alta densidad a temperatura elevada. La disocia­
ción es bastante endotérmica: 
H2- 2H AH= +435.9 kJ/mol deH2 
Muchos metales catalizan la recombinación de átomos de hidró­
geno, por ejemplo, el platino y el wolframio, y se libera la mis­
ma cantidad de energía que se requirió para efectuar la disocia­
ción. Este efecto se emplea en el soplete de hidrógeno atómico 
para soldar metales. Como es de esperarse, el hidrógeno ató­
mico es un agente reductor potente; por ejemplo, reduce a los 
óxidos y cloruros metálicos a metales y al oxígeno a peróxido 
de hidrógeno. 
Hidr6geno naciente 
Cuando se burbujea hidrógeno a una solución que contenga 
iones de hierro(IIl) no hay reducción; si la reacción se efectúa 
Protón 
Isótopos del hidrógeno 
y preparación de 
algunos compuestos 
deuterados 
vertiendo una mezcla de una sal de hierro(Ill) en ácido sulfú­
rico diluido sobre zinc, inmediatamente tiene lugar la reducción 
a hierro( 11). En un tiempo se supuso que una explicación de 
estas observaciones requería. la participación de hidrógeno na­
ciente (hidrógeno en el instante de formación). Actualmente se 
ha demostrado que esta noción es falsa, puesto que el zinc, como 
es de esperarse, es un mejor agente reductor que el hidrógeno 
debido a su posición en la serie de potenciales electroquímicos; 
sin lugar a dudas, el zinc por sí mismo efectúa la reducción sin 
necesidad del ácido diluido: 
2Fe3+ + Zn - 2Fe2+ + Zn2+ 
Para el hidrógeno gaseoso debe ser termodinámicamente posible 
reducir iones hierro(III) al estado hierro(II), ya que su poten­
cial electroquímico normal ( arbitrariamente igual a cero) es más 
negativo que el del sistema Fe3+/Fe2+ (E4> = +0.76v). El hecho 
de que esto no se cumpla se debe a la elevada energía de activa­
ción que se requiere para la reacción, una consecuencia del 
hecho de que el enlace que une a dos átomos de hidrógeno es 
muy fuerte. 
El protón libre, H+, únicamente puede producirse en condi­
ciones energéticas; por ejemplo, mediante la aplicación de un 
alto voltaje en un tubo de descarga que contenga hidrógeno a 
baja presión. En sistemas exclusivamente químicos, el protón 
atrae pares de electrones no compartidos y adquiere la configu­
ración del gas noble h�lio tal como en los iones hidroxonio y 
amonio: 
Es interesante advertir que el ácido perclórico sólido hidratado, 
HC1O4.H2O, y el perclorato de amonio, NH/0.0,-, son isomor­
fos, lo cual indica que el primero puede representarse como 
HaO+ClO4-. 
Algunos resultados recientes tienden a demostrar que pue­
de hidratarse aún más por atracción de otras tres moléculas de 
agua para dar H+(H2O)4 o H@O4+• 
Existen tres isótopos del hidrógeno de masas relativas 1, 2 
y 3. Estos se denominan hidrógeno ordinario, deuterio y tritio, 
respectivamente, y difieren en que el hidrógeno ordinario no 
contiene neutrones en el núcleo, el deuterio tiene uno y el tritio 
dos. El tritio es el único radiactivo. La proporción de hidrógeno 
ordinario y de deuterio en los compuestos hidrogenados es 
aproximadamente de 6000: 1, también se encuentra tritio en 
pequeñísimas cantidades. 
Usos del hidrógeno 
En la electrólisis prolongada del agua, el deuterio se con­
centra en el residuo y por este medio es posible obtener óxido 
de deuterio ( D20) virtualmente puro. Sus propiedades físicas 
son diferentes de las del agua ordinaria; hierve a 101.4 ºC, con­
gela a 3.S ºC y su densidad relativa es 1.10 a 20 ºC. En sus 
propiedades químicas casi se comporta de manera idéntica. El 
deuterio ( o hidrógeno pesado) puede obtenerse mediante la reac­
ción del óxidode deuterio ( o agua pesada) con un metal reacti­
vo, por ejemplo, 
2Na + 2D20- 2Na+OD- + D2 
Este es ligeramente menos reactivo que el hidrógeno ordinario, 
pero, por otra parte, sus propiedades son casi idénticas. 
El deuterio y también sus compuestos se utilizan como tra­
zadores para la elucidación de una amplia variedad de meca­
nismos de reacción. Muchos de estos compuestos se pueden obte­
ner fácilmente a partir del óxido de deuterio; por tanto, el DCl, 
el NDs y el CzD:1., los equivalentes deuterados del cloruro de hi­
drógeno, del amoníaco y del etino, pueden obtenerse de la si­
guiente manera: 
PCla + 3D20 - D3P03 + 3DCI 
(Mg2+)a(N3-)2 + 6D20- 3Mg2+(QD-)2 + 2ND3 
Ca2+C22- + 2D20- Ca2+(0D-)2 + C2D2 
El deutero-etino ( etino-d2), C2D2, es una fuente útil de com­
puestos orgánicos deuterados. 
El tritio, T, puede obtenerse por bombardeo de compuestos 
deuterados con deuterones: 
¡D + ¡D-fT + }H 
Este se desintegra por emisión de partículas f3 ( electrones del 
núcleo, 1 neutrón ➔ 1 protón + 1 electrón) para formar un isó­
topo del helio: 
fT- ¡He + partícula f3 
Hasta este siglo únicamente se utilizaban pequeñas cantida­
des de hidrógeno como combustible en forma de gas doméstico 
y gas de agua, para llenar globos aerostáticos y en el soplete 
oxhídrico en soldadura. En la actualidad se emplean cantidades 
considerables del gas en los procesos siguientes : 
(a) Fabricación de amoníaco por el proceso Haber. Este, a
su vez, se utiliza en la producción de ácido nítrico, el
cual puede convertirse en explosivos, colorantes y ferti­
lizantes nitrogenados.
(b) Fabricación de cloruro de hidrógeno y ácido clorhídrico.
Se hacen reaccionar cloro e hidrógeno; el producto es
cloruro de hidrógeno, el cual forma ácido clorhídrico
con el agua.
( c) Fabricación de compuestos organoquímicos; por ejem­
plo, metano!, CHaOR Este compuesto se obtiene por la
Cuestionario 
del capítulo 
reacción del monóxido de carbono con hidrógeno a 
400 º C y 300 atmósferas de presión en presencia de 
óxido de zinc y óxido de cromo(III). 
( d) Fabricación de margarina. El aceite de maní reacciona
con el hidrógeno en presencia de un catalizador de ní­
quel para dar una grasa sólida.
(e) Extracción de algunos metales de sus óxidos. El molib­
deno y el wolframio se extraen por reducción de sus
óxidos con hidrógeno.
(f) El hidrógeno líquido se ha utilizado corno combustible
de cohetes.
1 Escriba cinco reacciones del hidrógeno que ilustren sus principales 
propiedades químicas y proporcione dos usos industriales del gas. 
Explique los diferentes tipos de enlace químico de los siguientes 
compuestos: 
(a) hidruro de sodio,
(b) cloruro de hidrógeno,
( c ) hidrógeno fluoruro de potasio. ( O & C) 
2 Discuta la química del hidrógeno en base a su estructura electrónica. 
(Oxford) 
3 Los metales pueden reaccionar con (a) ácidos, (b) álcalis y (c) 
vapor de agua, liberando hidrógeno en cada caso. Dé un ejemplo de 
cada tipo de reacción. 
Explique los tipos de enlace en (i) el hidruro de sodio, (ii) el 
agua, (fil) el catión hidrógeno hidratado. 
Explique el significado de reducción. Una solución de hierro(l11) 
acidulada con ácido clorhídrico no se afecta cuando se burbujea 
hidrógeno en ella, pero cuando se disuelve zinc en esta solución, se 
desprende hidrógeno y el hierro(III) se reduce. Explique este com­
portamiento en términos de transferencia de electrones. ( AEB) 
4 Delinee la química de los hidruros. ¿Cómo pueden agruparse en tipos? 
(Oxford) 
5 ¿Cómo se obtiene el hidrógeno en gran escala? ¿Cuáles son sus usos 
principales? ¿Cómo y en qué condiciones reacciona con (a) los haló­
genos, (b) los alquenos, (c) el azufre? (L) 
6 ¿Cómo puede prepararse óxido de deuterio puro, D
2
0, a partir de 
agua ordinaria? Partiendo de D
2
0 puro, ¿cómo podría preparar en el 
laboratorio muestras de ND
3 
DCI y KOD? 
7 Describa los principales rasgos de la química de los hidruros iónicos 
y moleculares. A partir de agua pesada, D20, como única fuente de 
deurerio escriba las reacciones para la preparactó:n de: NaD, ND3, 
CH
2
D.CH
2
Br, PD,I, NaD2P02• 
Explique por qué e] compuesto LiAIH, es considerablemenre más 
soluble en éter que el NaBH4• (O & C) 
8 Explique por qué las propiedades quimicas de los isótopos de un cierto 
elemento son muy parecidas. ¿En qué propiedades físicas espera que 
los isótopos muestren diferencias? 
¿Cómo puede preparar muestras de (a) DI, (b) ND
8
, (c) CaD
2
, 
(d) CH30D, a partir de agua pesada D20? (Oxford) 
9 Discuta el enunciado "El hidrógeno puede actuar como agente oxi­
dante y como agente reductor". Ilustre sus respuestas con ejemplos. 
10 ¿En qué aspectos puede considerarse que el hidrógeno se asemeja 
(a) a un metal alcalino, (b) a un halógeno? ¿Son suficientes estas
semejanzas para incluir al hidrógeno ya sea en e] Grupo lA o en el 
7B de la Tabla Periódica?
11 Describa un método para la fabricación de hidrógeno a partir de aceite 
crudo. o de gas natural. Indique dos usos importantes del hidrógeno. 
Dé explicaciones y reacciones ilustrativas para los siguientes enun­
ciados. 
(i) La acidez de los hidruros de los elementos Na, P, S, CI aumenta
con el número atómico.
(ti) El poder reductor de los hidruros de los elementos F, Cl, Br, I,
crece con el número atómico. ( C) 
12 (a) Describa detalladamente el enlace de los compuestos que forma el 
hidrógeno con: 
( i) sodio ( en el hidruro de sodio),
(ü) carbono (en el metano),
(fil) nitrógeno (en el amoníaco).
(b) Describa las reacciones, si es que las hay, que tienen lugar ell'l:re
el agua y los hidruros de los elementos de (a).
( c) Comente el significado de los valores de los puntos de ebullición
de los hidruros de los halógenos. ( JMB)
HF HCl HBr HI 
19.5 -85 -67 -36 (°C)