Juan Antonio Álvarez Román

Ana Del Valle Cano

Pablo González Requejo

Carlos López Viso

Nuria Roldán López

Sara R. Santana Hernández

1º BIOTECNOLOGÍA 2006-2007

Grupo 2.

HIDRUROS

COMPUESTOS BINARIOS DE HIDRÓGENO

CLASIFICACIÓN

IÓNICOS COVALENTES METÁLICOS

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

• • Los hidruros iónicos sólo se forman con los Los hidruros iónicos sólo se forman con los metales másmetales más

electropositivoselectropositivos: elementos del : elementos del bloque s bloque s a a excepción excepción del Be y Mgdel Be y Mg

• • Sus estructuras, típicamente iónicas, contienen el Sus estructuras, típicamente iónicas, contienen el catión metálicocatión metálico

M+ y el anión H-M+ y el anión H-

• • Suelen ser Suelen ser sólidos cristalinossólidos cristalinos de color blanco de color blanco

• • Se obtienen Se obtienen calentando el metal en presencia de Hcalentando el metal en presencia de H22 en un rango en un rango

de temperaturas que oscila entre 300 y 700 ºCde temperaturas que oscila entre 300 y 700 ºC

– – Sus Sus puntos de fusión son altospuntos de fusión son altos (típicos de sustancias iónicas; LiH (típicos de sustancias iónicas; LiH

680ºC), aunque la mayor parte de ellos se disocian antes de fundir680ºC), aunque la mayor parte de ellos se disocian antes de fundir

– – Son más densos que los metales correspondientesSon más densos que los metales correspondientes

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

• • La La naturaleza iónicanaturaleza iónica de estos hidruros se pone de manifiesto porde estos hidruros se pone de manifiesto por

los siguientes hechos:los siguientes hechos:

– – La La estructura cristalinaestructura cristalina no muestra evidencias de direccionalidad no muestra evidencias de direccionalidad en el enlaceen el enlace

– – En En estado fundido estado fundido conducen la electricidadconducen la electricidad. Por ejemplo el LiH. Por ejemplo el LiH

fundido conduce la electricidadfundido conduce la electricidad

– – LaLa electrolisis electrolisis del fundido genera H del fundido genera H22 (g) (g) en el ánodoen el ánodo

– – Los datos de Los datos de difracción de Rayos Xdifracción de Rayos X apoyan la apoyan la existencia de iones existencia de iones M+ y H- en la red M+ y H- en la red cristalinacristalina

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

• • Los hidruros de los alcalinos presentan redes tridimensionales Los hidruros de los alcalinos presentan redes tridimensionales típicamente típicamente iónicas: iónicas: NaCl, (Cl- se sustituye por H-)NaCl, (Cl- se sustituye por H-)

• • Los alcalino-térreos, con excepción del BeHLos alcalino-térreos, con excepción del BeH22 y MgH y MgH22, adoptan la estructura , adoptan la estructura tipo Pbcltipo Pbcl22

– – El BeHEl BeH22 es un compuesto polimérico con estructura en cadenas es un compuesto polimérico con estructura en cadenas

– – El MgHEl MgH22 tiene la estructura del rutilo tiene la estructura del rutilo

NaCl RutiloNaCl Rutilo

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

• • La La densidad densidad es mayor que la de los metales de partidaes mayor que la de los metales de partida– – Debido a que los aniones H- ocupan los huecos de la red metálica sin Debido a que los aniones H- ocupan los huecos de la red metálica sin

distorsionarladistorsionarla

• • Temperatura de fusiónTemperatura de fusión::– – Con la excepción del LiH, todos se descomponen antes de fundirCon la excepción del LiH, todos se descomponen antes de fundir• • ConductividadConductividad::– – En estado sólido no conducen la electricidad. Deberían hacerlo enEn estado sólido no conducen la electricidad. Deberían hacerlo enestado fundido (pero se descomponen antes de fundir)estado fundido (pero se descomponen antes de fundir)

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

Inestables termodinámicamenteInestables termodinámicamente

– – Se descomponen en sus elementos constituyentes (400–500ºC)Se descomponen en sus elementos constituyentes (400–500ºC)• • NaH (s) >NaH (s) > Na (s) + 1/2 HNa (s) + 1/2 H22 (g) (g)– – Arden cuando se calientan en presencia de oxígeno:Arden cuando se calientan en presencia de oxígeno:• • 2 MH (s) + 1/ 2 O2 MH (s) + 1/ 2 O22 > > MM22O (s) + HO (s) + H22O (g)O (g)• • Todos ellos son Todos ellos son muy reactivosmuy reactivos• • No son estables en disolventes próticosNo son estables en disolventes próticos. El hidruro es muy básico y. El hidruro es muy básico yreacciona con los compuestos con protones ligeramente ácidosreacciona con los compuestos con protones ligeramente ácidos• • La La reacción con el agua reacción con el agua es muy vigorosa (incluso explosiva para NaH,es muy vigorosa (incluso explosiva para NaH,RbH y CsH).RbH y CsH).

• • Por todo ello, deben guardarse en ambientes exentos de humedad yPor todo ello, deben guardarse en ambientes exentos de humedad yde oxígeno.de oxígeno.

HIDRUROS IÓNICOSHIDRUROS IÓNICOS

• • Los hidruros salinos son Los hidruros salinos son especies especies reductoras muy enérgicasreductoras muy enérgicas– – Son capaces de reducir el OSon capaces de reducir el O22 a H a H22O:O:2 NaH + O2 NaH + O2 2 (g) >(g) > HH22O (l) + NaO (l) + Na22O (s)O (s)– – Reducen al agua tan pronto como entran en contacto con ella:Reducen al agua tan pronto como entran en contacto con ella:

LiH (s) + HLiH (s) + H22O (l) >O (l) > LiOH (s) + HLiOH (s) + H22 (g) (g)NaH (s) + HNaH (s) + H22O (l) >O (l) > NaOH (s) + HNaOH (s) + H22 (g) (g)CaHCaH22(s) + 2 H(s) + 2 H22O (l) >O (l) > Ca(OH)Ca(OH)22 (s) + 2 H (s) + 2 H22 (g) (g)

El CaH2 se utiliza como fuente de dihidrógeno en las reacciones paraEl CaH2 se utiliza como fuente de dihidrógeno en las reacciones paraobtener B, Ti y V a escala industrialobtener B, Ti y V a escala industrial– – Otras reacciones que muestran ese poder reductor son las siguientes:Otras reacciones que muestran ese poder reductor son las siguientes:

4 NaH + SiCl4 NaH + SiCl44 > > SiHSiH44 + 4 NaCl + 4 NaCl2 NaH + H2 NaH + H22S >S > HH2 2 + Na+ Na22SS2 CaH2 CaH22 + PbSO + PbSO44 > > PbS + 2 Ca(OH)PbS + 2 Ca(OH)22

HIDRUROSHIDRUROS COVALENTESCOVALENTES

¿Qué son?¿Qué son?Consisten en el enlace covalente entre un átomo de Consisten en el enlace covalente entre un átomo de hidrógeno y un elemento no metálicohidrógeno y un elemento no metálicoEjemplo: HClEjemplo: HCl

Excepciones Gases nobles

HIDRUROS COVALENTES

ClasificaciónClasificación

HIDRUROS COVALENTESHIDRUROS COVALENTES

Moleculares

Poliméricos

Complejos

•Pequeñas•Gases a temperatura ambiente•Reaccionan con los metales del grupo: 14,15,16 y 17

•Son polímeros como por ejemplo el (BeH2)n

•Combinación con cationes de elementos altamente polarizantes Be+2, Mg+2, Al+3

•Suelen ser sustancias no volátiles, eléctricamente aislantes y cristalinas. Derivados de los moleculares

Compuestos con elementos de transición

HIDRUROS COVALENTES

HIDRUROS COVALENTESHIDRUROS COVALENTES

EstructuraEstructura

•Poseen redes moleculares formadas por moléculas covalentes individuales

•Hay diferentes tipos de estructuras según el tipo de hidruro covalente: -Los hidruros macromoleculares tienen estructuras extendidas

-Los hidruros de tipo BeH2 tienen estructuras en cadena

BH

HB

H

H H

HB B

H

HIDRUROS COVALENTESHIDRUROS COVALENTES

Estado

Normalmente forman gases : NH3, CH4

También pueden presentarse en formas líquidas: H2O, C6H6

En estado sólido forman cristales moleculares formados por moléculas individuales que se mantienen unidas gracias a las fuerzas de Van der Waals

Van der WaalsFuerzas de estabilización molecularForman enlace químico no covalente

Participan dos fuerzas

•Fuerzas de dispersión (atracción)

•Fuerzas de repulsión entre las capas electrónicas de 2 átomos contiguos.

HIDRUROS COVALENTESHIDRUROS COVALENTES

Su molécula presenta cierta polaridadSu molécula presenta cierta polaridad

Bajos puntos de fusión y ebulliciónBajos puntos de fusión y ebullición

Se pueden obtener por reacción directa de sus componentes pero activando de algún Se pueden obtener por reacción directa de sus componentes pero activando de algún modo el proceso (mediante la luz por ejemplo)modo el proceso (mediante la luz por ejemplo)

Suelen ser más o menos volátiles, aunque ésta disminuye un poco en los hidruros complejos de elevado peso molecular

Sufren descomposición térmica para dar hidrógeno y otro elemento

Los comportamientos frente al agua son muy variables según el tipo de hidruros:

Unos como el CH4 son muy estables incluso frente a disoluciones ácidas o básicas concentradas.

Otros como el SiH4 se hidrolizan rápidamente en presencia de agua

Propiedades

HIDRUROS METÁLICOS

• Combinación de hidrógeno (H2O) y metales pertenecientes a los bloques d y f.

CON METALES DE TRANSICIÓN

HIDRUROS METÁLICOS

• Presentan estequiometría poco definida y variable.

COMPUESTOS NO ESTEQUIOMÉTRICOS

HIDRUROS METÁLICOS

-Solución gas-sólido

- El pequeño tamaño del hidrogeno posibilita que ocupe los huecos tetraédricos y octaédricos de la estructura cristalina del metal

HIDRUROS METÁLICOS

• Distorsión de la red metálica

• Excepción a la no estequiometría: Europio e Iterbio (Lantánidos). Tienen la misma estructura que el CaH 2

HIDRUROS METÁLICOS

• Los grupos del 7 al 9 (columnas del Mn, Fe y Co) no forman hidruros o son nada o poco conocidos.

HIDRUROS METÁLICOS

* SÍNTESIS:

Se calienta el metal con hidrógeno a alta presión. El metal puede absorber cientos de veces su propio volumen en H2.

2Zr(s) + H2(g) 2ZrH(g) H=-170kJ mol-1

Reacción ExotérmicaEl hidrógeno se absorbe poco a poco sin alcanzarse una estequiometría definida.

La energía de activación para romper el H2 es muy elevada (~435 kJmol-1), pero aún así los hidruros metálicos se forman.

HIDRUROS METÁLICOS

* PROPIEDADES:

Suelen ser similares a la de los metales que los forman:

- Dureza

- Brillo

- Conductores de electricidad

- Propiedades magnéticas

- Sólidos negros y pulverulentos

- Pirofóricos (arden espontáneamente al aire)

- Densidad menor a la de los metales que los originan

- Son quebradizos Catalizadores de pequeño tamaño

Debido a la distorsión de la red metálica

HIDRUROS METÁLICOS

* APLICACIONES:

a) Metales del grupo 10 (Ni, Pd):

Catalizadores de hidrogenación

•Platino no forma hidruros

Porque la entalpía del enlace Pt-H es suficientemente grande para romper el enlace H-H pero no para compensar la pérdida del enlace Pt-Pt

HIDRUROS METÁLICOS

b) Purificación de H2 a escala industrial:

• El hidrógeno difunde a gran velocidad por el metal

• Con altas temperaturas se invierte el proceso y se libera el hidrógeno almacenado

HIDRUROS METÁLICOSc) Almacenamiento de hidrógeno:

• El hidrógeno puede ser utilizado como combustible

AlmacenamientoAlmacenamiento

Baterías paravehículos eléctricos

Baterías para móviles

y portátiles

GAS Alta P Peligroso

LÍQUIDO Muy Baja T Costoso

HIDRURO METÁLICO

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

1 átomo de Oxígeno 1 átomo de Oxígeno

++ 2 át. de Hidrógeno2 át. de Hidrógeno

Unión covalente

Geometría:

> H O H

> 4 pares de e-

implicados (Nº de coord.)

HH22OO

¿Lineal?

¿Tetraédrica? 109´5º

104´5ºIrregular

RPEV2 pares no enlazantes

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

Polaridad:

• H2 y O2:

• O2 :

Tamaño

E.N.

Molécula Dipolar.

- El oxígeno atrae los

e- de enlace

• Fuerzas

dipolo – dipolo.

Puente de Hidrógeno.

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

Puente de Hidrógeno:Puente de Hidrógeno:

• Hemos hablado de las uniones intramoleculares : 0,99 Å

• Debido al carácter dipolar Uniones extracelulares

(1,77 Å )

• Mucho más débil (1% de fuerza) que el enlace covalente.

• Dinámico :Continuamente reorganizándose.

• 4 uniones como máximo (media de 3,4)

• Principal determinante de las propiedades del H2O.

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

Diferentes fasesDiferentes fases Variedad de Variedad de estructurasestructuras

La estructura se desordena crecientemente T ª S (entropía/desorden)

Hielo

(-273 a 0º C )

Hielo a 0º C Líquida

(0-100º C )

Ebullición

(100º C)

ESTRUCTURA DEL AGUAESTRUCTURA DEL AGUA

¿¿¿¿El agua tiene MemoriaEl agua tiene Memoria????

Masaru Emoto.

1. Realiza un estímulo sobre agua (Ej.-sonido).

2. Congelación/cristalización

3. Fotografías

4. Interpretación

Música de J. S. Bach Heavy metal

Incapaz de reorganizarse en hexágonos

Diferentes ondas/perturbaciones!!!

PROPIEDADES DEL AGUAPROPIEDADES DEL AGUA

Densidad máxima a 4ºC.Densidad máxima a 4ºC. Elevada temperatura de ebullición.Elevada temperatura de ebullición. Elevado calor específico y de vaporización.Elevado calor específico y de vaporización. Elevada constante dieléctrica.Elevada constante dieléctrica. Elevada tensión superficial.Elevada tensión superficial. Acción disolvente.Acción disolvente. Alta fuerza de adhesión y cohesiónAlta fuerza de adhesión y cohesión El agua es un electrolito débil y reactividad.El agua es un electrolito débil y reactividad. Viscosidad y transparencia.Viscosidad y transparencia.

DENSIDADDENSIDADLa densidad máxima del agua se da a 4ºC.La densidad máxima del agua se da a 4ºC.

Esto se debe a dos procesos contrarios entre sí:

-Ocupado de huecos hexagonales.

-Expansión térmica.

Por esta razón, el hielo flota sobre el agua

•0ºC-4ºC- Llenado de huecos hexagonales.•4ºC en adelante- expansión térmica.

 

ρH2O (liq)>ρH2O (sol) a Tº y Pº.

ELEVADA TEMPERATURA DE ELEVADA TEMPERATURA DE EBULLICIÓNEBULLICIÓN

Fuerzas atracción líquido-líquido>sólido-sólido

•La elevada temperatura de ebullición del agua se debe también a su estructura molecular.

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO Y DE ELEVADO CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓNVAPORIZACIÓN

     

•El calor específico del agua es de 4.184 J/g ºC.•Mas energía calórica para romper los enlaces por puente de hidrógeno.

•Calor de vaporización.También los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad.Para cambiar a vapor: -Romper puentes de hidrógeno. -Dar Ec para pasar de líquido-gas

alta capacidad calorífica

Agua como sumífero de calor

ELEVADA CONSTANTE ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICADIELÉCTRICA

Asimetría de la molécula de agua dipolo (+/-) con momento dipolar permanente.

El valor de la constante dieléctrica K del agua define su grado de polarización eléctrica

La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua.

Gran diferencia de electronegatividades

•Oxígeno- muy electronegativo

•Hidrógeno-muy electropositivo.

& = 105º

Molécula de agua es muy polar

K(25ºC)=78.5

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIALELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL

Formación de esferas.Formación de esferas.

Fuerzas internas altas debido a la Fuerzas internas altas debido a la presencia de puentes de presencia de puentes de

hidrógenohidrógeno..

Capilaridad

fuerzas de adhesión y cohesión.

ACCIÓN DISOLVENTEACCIÓN DISOLVENTE

Disolvente universalDisolvente universal

Puentes de hidrógenoPuentes de hidrógeno

Hidratación o solvatación de iones (debido Hidratación o solvatación de iones (debido al carácter dipolar)al carácter dipolar)

Importante en los seres vivosImportante en los seres vivos

FUERZA DE COHESIÓNFUERZA DE COHESIÓN

Fuerzas que mantienen unidas las moléculas Fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua.de agua.

Debidas a los puentes de hidrógenoDebidas a los puentes de hidrógeno

Líquido casi incompresibleLíquido casi incompresible

Esqueleto hidrostático de algunos invertebradosEsqueleto hidrostático de algunos invertebrados

FUERZA DE ADHESIÓNFUERZA DE ADHESIÓN

Fuerza que mantiene unidas Fuerza que mantiene unidas moléculas de sustancias moléculas de sustancias diferentesdiferentes

También relacionada con los También relacionada con los puentes de hidrógenopuentes de hidrógeno

CapilaridadCapilaridad

El agua tiene  la capacidad de ascender por las paredes de un tubo capilar.  Debido a que las fuerzas de adhesión agua–capilar son mayores que las de cohesión agua–agua, cuando la superficie del agua toca el capilar, sube hasta que las fuerzas de atracción se hacen igual al peso de la columna de agua que se formó en su ascenso.

El AGUA : electrolito débil y El AGUA : electrolito débil y reactividadreactividad

El agua puede actuar como ácido o como base El agua puede actuar como ácido o como base Sustancia anfótera Sustancia anfótera

Libera H+ o H3O+ como los ácidos y OH- como las basesLibera H+ o H3O+ como los ácidos y OH- como las bases

Reacciona con ácidos oxácidos y básicos,metales,no metales y se une a las sales formando hidratos

VISCOSIDAD Y TRANSPARENCIAVISCOSIDAD Y TRANSPARENCIA

Viscosidad:Viscosidad:

Debida a los puentes de Debida a los puentes de hidrógenohidrógeno

Disminuye con la temperaturaDisminuye con la temperatura

Aumenta con la presiónAumenta con la presión

La transparencia del agua La transparencia del agua permite la vida en ecosistemas permite la vida en ecosistemas acuáticosacuáticos