Propiedades, Obtención y Usos de Hidrógeno, Ozono y Cloro en Química

Propiedades, Obtención y Usos del Hidrógeno

Usos principales:

• Se utiliza para la obtención de amoníaco mediante el método Haber: $\text{N}_2 + 3\text{H}_2(g) \leftrightarrow 2\text{NH}_3(g)$
• También para la obtención de metanol: $\text{CO}(g) + 2\text{H}_2(g) \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}(g)$
• Junto con el oxígeno, se utiliza para la propulsión de cohetes espaciales.

Isótopos del Hidrógeno

• Protio: $1$ electrón, $1$ protón, $0$ neutrones ($99,98\%$ en la atmósfera).
• Deuterio: $1$ electrón, $1$ protón, $1$ neutrón ($0,015\%$).
• Tritio: $1$ electrón, $1$ protón, $2$ neutrones (trazas, radiactivo).

Obtención a Nivel de Laboratorio

El hidrógeno gaseoso ($\text{H}_2$) se prepara en el laboratorio por la reducción de iones hidrógeno con un metal que tenga un potencial de reducción negativo ($-\text{E}^0$), como el zinc ($\text{E}^0 = -0,76\text{ V}$):

$\text{Zn}(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2(g)$

Obtención a Nivel Industrial

Se basa en la reacción del agua con hidrocarburos:

$\text{CH}_4(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \xrightarrow[700^{\circ}\text{C}]{\text{Ni}} \text{CO}(g) + 3\text{H}_2(g)$

$\text{CO}(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \xrightarrow[400^{\circ}\text{C}]{\text{Fe}_2\text{O}_3} \text{CO}_2(g) + \text{H}_2(g)$

Lo que daría una reacción global:

$\text{CH}_4(g) + 2\text{H}_2\text{O}(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 4\text{H}_2\text{O}(g)$

Es una reacción endotérmica catalizada entre el metano y el vapor de agua. En primer lugar, se obtiene una mezcla gaseosa de monóxido de carbono e hidrógeno, difícil de separar, donde se procede a enfriar la mezcla e inyectarle nuevamente vapor de agua sobre un catalizador ($\text{Fe}_2\text{O}_3$).

Usos y Propiedades del Ozono ($\text{O}_3$)

Se lo usa relativamente poco. Se lo puede usar en el agua doméstica porque mata las bacterias. El uso más importante es en la industria farmacéutica y en la fabricación de compuestos orgánicos, donde se usa para romper los dobles enlaces $\text{C}=\text{C}$. Además, en la atmósfera impide el paso de los rayos ultravioleta (UV).

Propiedades, Obtención y Usos del Cloro

Usos principales:

• Para la elaboración de compuestos clorados como el cloruro de vinilo, que se usa para fabricar plásticos (PVC).
• Como agente blanqueador en la industria papelera y textil.
• También para el tratamiento del agua, ya que oxida y mata las bacterias.

Se encuentra en la naturaleza en abundancia en el cloruro de sodio (sal común), en el $\text{KCl}$ (silvina), y también en el $\text{CaCl}_2$ en agua salina y en los lechos salinos.

Método de Obtención Industrial

Se obtiene por electrólisis de cloruro de sodio ($\text{NaCl}$) fundido. Los electrodos están sumergidos en un recipiente de $\text{NaCl}$ fundido. Cuando fluye la corriente, en uno de los electrodos se produce un gas que es cloro, y en el otro se forma sodio metálico fundido.

• $2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\text{e}^- \quad \text{(en el ánodo)}$
• $2(\text{Na}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Na}(l)) \quad \text{(en el cátodo)}$
• Reacción global: $2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^- \rightarrow 2\text{Na}(l) + \text{Cl}_2(g)$

Método de Obtención a Nivel de Laboratorio

Método general de obtención de halógenos: Se basa en la oxidación de los haluros con dióxido de manganeso (pirolusita) en medio ácido:

$2\text{NaX}(ac) + \text{MnO}_2(s) + 2\text{H}_2\text{SO}_4(ac) \rightarrow \text{MnSO}_4(ac) + \text{Na}_2\text{SO}_4(ac) + 2\text{H}_2\text{O} + \text{X}_2(g)$

Donde $\text{X} = \text{Cl}, \text{Br}, \text{I}$