Hidrógeno y fósforo: propiedades, obtención, isótopos y usos

Hidrógeno: El Elemento Más Abundante del Universo

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y el décimo más abundante en la Tierra. Las estrellas están constituidas fundamentalmente de hidrógeno, siendo la fuente principal de energía en el universo.

Comportamiento Químico del Hidrógeno

La capacidad de combinación del hidrógeno con otros elementos está marcada por la disponibilidad de un electrón en su única capa. Puede participar en enlaces formados por dos electrones y que implican tres centros. Forma hidruros intersticiales con metales de transición. Cuando se enlaza con los átomos más electronegativos, exhibe una inusual fuerza atractiva intermolecular (enlace por puente de hidrógeno).

Síntesis del Hidrógeno (H₂)

1. Reducción del ion H⁺(ac).
2. Oxidación del ion H^-.

Obtención Industrial del Hidrógeno

• Principal método: A partir de hidrocarburos de bajo peso molecular.
• Otros métodos:
  • Electrólisis del agua.
  • Oxidación parcial del carbón.
  • Recuperación del dihidrógeno generado en el proceso de refino de hidrocarburos.
  • Recuperación del dihidrógeno generado en las celdas electrolíticas.

Isótopos del Hidrógeno

El hidrógeno tiene dos isótopos estables y uno radioactivo:

• Protio: Abundancia del 99,04%; espín nuclear 1/2.
• Deuterio: Abundancia del 0,0115%; espín nuclear 1.
• Tritio: Radioactivo, con una abundancia de 7x10^-16. Tiene usos médicos, ya que al degradarse emite electrones de baja energía pero no rayos X, y usos militares, como en la fabricación de bombas de hidrógeno (H₂).

Los tres isótopos tienen las mismas propiedades químicas por tener la misma configuración electrónica.

Deuterio (D₂O)

El deuterio (D₂O) se obtiene por la electrólisis del agua, que necesita grandes cantidades de electricidad.

Usos Comerciales del Deuterio

• Moderador en reactores nucleares de agua pesada.
• En reacciones de deuteración, se prefiere utilizar D₂O en vez de D₂.
• El agua pesada se puede utilizar como disolvente de modo análogo al H₂O, puesto que permite estudiar qué pasa con los átomos de hidrógeno en las reacciones químicas.

Fósforo: Elemento Esencial para la Vida

El fósforo es un constituyente esencial en tejidos de plantas y animales, y es un elemento principal en la vida, ya que forma parte del ADN y del ATP, entre otros. Las fuentes más importantes son el fosfato cálcico en forma de apatito. La mayor parte del fósforo se usa en la fabricación de fertilizantes fosfatados. En la corteza terrestre, se encuentra como fosfato (PO₄)^3-.

Usos del Fósforo

• Cerillas.
• Bombas incendiarias y pirotecnia.
• Medicamentos.
• Producción de fertilizantes.
• Aleaciones especiales.

Alótropos del Fósforo

• Fósforo blanco: Tiene una forma tetraédrica. Es muy venenoso y, al exponerlo al aire, se oxida con una llama verdosa y forma O₂, junto con algo de ozono. Reacciona violentamente con todos los halógenos.
• Fósforo negro: Es muy estable. Se obtiene por calentamiento del fósforo blanco a presiones muy elevadas. Es cinéticamente inerte y no arde al aire.
• Fósforo rojo: Se obtiene por calentamiento del fósforo blanco en atmósfera inerte a 250 ºC. Su reactividad es intermedia entre el fósforo blanco y el negro.

Óxidos de Fósforo

El fósforo, combinado de alguna manera con el oxígeno (O₂), forma P₄O₆ y P₄O₁₀. Todos ellos reaccionan ávidamente con el agua formando oxoácidos.

Usos del Ácido Fosfórico

• La mayor parte se destina a la fabricación de fertilizantes.
• Es el sustituyente del ácido cítrico en bebidas.
• Aditivo en bebidas embotelladas en contenedores metálicos.
• Eliminación de la herrumbre de metales.

Nota: El uso masivo de fertilizantes fosfatados y detergentes que contienen fosfatos produce problemas de eutrofización.

Aspectos Biológicos del Fósforo

Todos los organismos vivos dependen totalmente de los fosfatos. La formación y ruptura (hidrólisis) de los enlaces P-O sirve como almacén de energía en el trifosfato de adenosina (ATP). El ADN consiste en unidades de azúcar unidas mediante unidades fosfato para formar la cadena en hélice.