HISTORIA DE SU DESCUBRIMIENTO HISTORIA DE SU

1
HISTORIA DE SU DESCUBRIMIENTO
¾
¾ La
La primera
primera referencia
referencia histórica
histórica escrita
escrita acerca
acerca del
del hidrógeno
hidrógeno procede
procede de
de
Paracelso,
Paracelso, célebre
célebre alquimista,
alquimista, quien
quien en
en el
el s.
s. XVI
XVI observó
observó un
un aire
aire (que
(que se
se
desprendía
desprendía al
al hacer
hacer reaccionar
reaccionar un
un ácido
ácido sobre
sobre hierro)
hierro) el
el cual
cual era
era inflamable.
inflamable.
¾Robert
¾Robert Boyle
Boyle (1627-1691),
(1627-1691), químico
químico yy físico
físico inglés,
inglés, publicó
publicó en
en 1671
1671 un
un trabajo
trabajo
en
en el
el cual
cual describía
describía la
la reacción
reacción entre
entre el
el hierro
hierro yy algunos
algunos ácidos
ácidos diluidos
diluidos dando
dando
lugar
a
lo
que
definió
como
inflammable
solution
of
Mars.
lugar a lo que definió como inflammable solution of Mars.
¾Henry
¾Henry Cavendish
Cavendish (1731-1810),
(1731-1810), otro
otro físico
físico yy químico
químico inglés,
inglés, lo
lo aisló,
aisló,
recogiéndolo
recogiéndolo sobre
sobre mercurio,
mercurio, por
por primera
primera vez
vez en
en 1766.
1766. Lo
Lo describió
describió como
como un
un
inflammable
inflammable air
air from
from metals.
metals.
¾Fue
¾Fue Lavoisier
Lavoisier quien,
quien, finalmente,
finalmente, bautizó
bautizó aa este
este elemento
elemento con
con el
el nombre
nombre
hidro-geno,
hidro-geno, debido
debido aa una
una de
de sus
sus reacciones
reacciones mas
mas características:
características: arde
arde en
en
presencia
presencia de
de oxígeno
oxígeno para
para formar
formar agua.
agua.
2
3
4
5
6
7
COMPORTAMIENTO QUÍMICO DEL HIDRÓGENO
1.- la pérdida de su único electrón (originando la especie H3O+)
2.- la ganancia de otro electrón, completando así su única capa (originando el
anión hidruro, H-), o
3.- compartir dicho electrón con otro átomo al que se uniría mediante un
enlace covalente más o menos polar.
Pero la versatilidad del hidrógeno es mucho mayor puesto que además de lo
dicho puede:
4.- participar en enlaces formados por dos electrones y que implica a tres
centros. Es la situación típica de los hidruros de B, Al y Be, y normalmente se
asocia a compuestos denominados genéricamente deficientes en electrones.
5.- formar hidruros intersticiales con metales de transición en los que el enlace
con los átomos metálicos no está en modo alguno claro.
6.- cuando se enlaza con los átomos más electronegativos (F, O y N), exhibe
una inusual fuerza atractiva: el enlace por puente de H.
8
9
10
11
12
13
EL ENLACE DE HIDRÓGENO
Cuando se representan los puntos de ebullición (o fusión) de los
hidruros del bloque p, se observa una llamativa irregularidad. Los
hidruros formados por los elementos cabeza de los grupos 15, 16 y
17 presentan unos puntos de ebullición muy por encima de lo
esperable
14
Este comportamiento indica que las fuerzas que mantienen
cohesionadas las moléculas de estos compuestos son mayores que
las atracciones de van de Waals y dipolo-dipolo esperables en
moléculas apolares. Esta fuerza cohesiva adicional se atribuye a la
existencia del denominado enlace de hidrógeno. Tal enlace sólo se
pone de manifiesto cuando el H se enlaza con los elementos más
electronegativos como el N, O o F.
Podemos concluir, por tanto que el enlace de hidrógeno es una
interacción entre el hidrógeno unido a un átomo electronegativo que
posea al menos un par de electrones solitarios. Dicha interacción es
máxima cuando son los átomos de F, O o N los implicados en el
mismo.
15
EL ENLACE DE HIDRÓGENO
El hidrógeno que forma este puente se encuentra casi siempre en la línea recta
que une los otros dos átomos implicados en el enlace. Esta línea imaginaria
apuntaría hacia la región donde se sitúan los pares solitarios del átomo no
enlazado covalentemente para favorecer el solapamiento entre los orbitales
implicados:
Normalmente el H no se sitúa de forma equidistante entre las dos átomos a
los cuales se enlaza covalentemente y por puente de H. Sin embargo, en la
especie [FHF]-, el hidrógeno se sitúa en un punto equidistante de los dos F
(d(F–F)=2.26Å, sensiblemente menor que la suma de los radios de van der
Waals del átomo de F = 2*1.35Å))
16
Algunas manifestaciones del enlace por puentes de hidrógeno:
1.- Anormalmente altas propiedades macroscópicas como densidad,
viscosidad, presión de vapor y carácter ácido-base.
2.- Anormalmente altos puntos de fusión y ebullición.
3.- Pesos moleculares inesperadamente elevados para especies que
contienen hidrógeno se deben en ocasiones a fuertes dimerizaciones
como le ocurre a muchos ácidos carboxílicos disueltos en disolventes
apolares o en fase vapor.
4.- Las frecuencias IR de enlaces O–H y N–H bajan debido a que, de
algún modo, la libertad del hidrógeno se reduce al estar implicado en el
enlace (vibra mas despacio debido a que esta únido a una segunda
especie). Por ejemplo la frecuencia de vibracion O-H del H2O en estado
vapor es 3756 cm-1 mientras que se reduce a 3453 cm-1 en hielo. Las
bandas de absorción se ensanchan.
17
Importancia del enlace por puentes de hidrógeno:
Es evidente, a la luz de la tendencia general mostrada, que si tal enlace no
existiera, el punto de fusión del agua se situaría en torno a -70/-80ºC. En tales
condiciones la vida, tal y conforme la conocemos en la actualidad, no podría
haberse desarrollado ni evolucionado.
Por otra parte, el enlace de hidrógeno es extraordinariamente direccional de tal
modo que impone una disposición lineal de los tres átomos implicados en el
enlace. Esto implica que en el hielo, las moléculas de agua están dispuestas en
una estructura mucho más abierta de lo que cabría esperar si su disposición
cristalina solo dependiera del criterio de máximo empaquetamiento. La
consecuencia macroscópica de esta peculiaridad es que el hielo es menos
denso que el agua lo que permite que flote sobre ella, lo que también tiene
evidentes consecuencia en el desarrollo y evolución de la vida en el planeta.
18
Otra consecuencia directa del enlace de hidrógeno es la elevada
conductividad eléctrica que muestran soluciones de H3O+ o OH-.
La conductividad iónica es una medida de la velocidad a la que los
iones se mueven a través de la disolución. En este caso, dicha
conductividad está favorecida por la estructura que, aún en estado
líquido, logran mantener los puentes de H.
19
Fluoruro de hidrógeno
La estructura del HF(s) consiste en una cadena polimérica en zig-zag.
No está clara la razón por la cual el enlace H–F–H es de 120º, muy diferente del
esperable de 180º si la estructura estuviera dominada por un alineamiento
electrostático de las muy polares moléculas de HF. En cualquier caso es claro
el predominio de la predisposición a que el H mantenga un entorno lineal que
una de las características fundamentales de este enlace.
20
21
Producción metales
Margarina
22
Metanol/combustibles
Fertilizantes
plasticos
23
ASPECTOS BIOLÓGICOS DEL HIDRÓGENO
El
El hidrógeno
hidrógeno es
es un
un elemento
elemento esencial
esencial para
para los
los organismos
organismos vivos;
vivos; forma
forma parte
parte
de
todos
los
compuestos
bioquímicos,
juega
un
papel
muy
importante
en
de todos los compuestos bioquímicos, juega un papel muy importante en
muchas
muchas reacciones
reacciones bioquímicas
bioquímicas yy además:
además:
24