Procesos Industriales y Propiedades Químicas Fundamentales de Elementos Representativos

Describe el proceso industrial de obtención del

Hidrógeno a partir de gas natural, escribiendo todas

Las reacciones químicas ajustadas e indicando las

Condiciones en las que se desarrollan dichas

Reacciones. Control Quirós. Cuestionario 1

Hay diversas rutas de síntesis industrial y una de ellas es el

proceso del “gas de agua”. En el primer paso de este
proceso, la reacción endotérmica de gas natural (metano)
con vapor de agua a altas temperaturas produce monóxido
de carbono e hidrógeno gas.

Catalizador de Níquel a 800°C

Es difícil separar ambos productos porque la mezcla debe
enfriarse a menos de -205 °C para que se condense el CO.
A fin de superar este problema e incrementar el
rendimiento de H2, la mezcla se enfría. Se inyecta vapor de
agua adicional y la combinación se pasa sobre un sistema
catalítico distinto. En estas condiciones, el CO se oxida a
CO2en una reacción exotérmica y el agua añadida se
reduce a H2.Catalizador Fe2O3/Cr2O3 a 400°C

El CO2 se puede separar del H2 de varias maneras. Una
consiste en enfriar los productos por debajo de la
temperatura de condensación del CO2 (-78°C), mucho más

alta que la del H2 (-253°C). Sin embargo, este proceso
requiere sistemas de refrigeración a gran escala. En este
momento, cuando se tiene H2 y trazas de CO y CO2
, se añade otro catalizador que provoque la oxidación del CO
al CO2, ya que el CO es muy tóxico. Así obtengo H2
al 98%.
Otra ruta implica el paso de la mezcla de gases por una
(disolución de carbonato potásico). El CO2 es un óxido
ácido, y reacciona con el ion carbonato y agua para dar
KHCO3. Después, la disolución de KHCO3 se puede retirar

y calentar para generar K2CO3 otra vez.

Justificar, termodinámicamente, las variaciones en el

Valor de los potenciales de reducción (M+/M) para los

Elementos del grupo 1, mostrados en la tabla. Final

17. Final 21-1-16. Cuestionario 1

Con el potencial de reducción nos referimos a la tendencia
que tienen los elementos a reducir su estado de oxidación,
es decir, a ganar electrones.
El potencial de reducción disminuye según aumenta el
tamaño del átomo, porque el radio atómico es mayor y por
tanto la carga nuclear efectiva disminuye, atrayendo con
menos fuerza los electrones, y siendo más fáciles
arrancarlos; también debemos tener en cuenta 3 factores:
La energía de ionización: es la energía necesaria para
arrancarle un electrón de la capa de Valencia a un átomo,
ésta disminuye a medida que aumenta el tamaño del
átomo. El último electrón de los átomos más grandes
tiene menos carga nuclear efectiva, por lo que es más fácil
arrancarles un electrón.
La entalpía de atomización, que es la energía necesaria
para formar un mol de átomos gaseosos a partir del
elemento en condiciones estándar, la cual disminuye hacia
abajo en el grupo porque el solapamiento de orbitales
moleculares es peor.
Estos dos factores suponen un gasto energético que debe
asumirse para llevar a cabo la reducción.
La entalpía de hidratación, que se define como el calor
desprendido al pasar un ion desde un estado inicial en fase
gaseosa a un estado final rodeado de moléculas de H2
O.
Supone un beneficio energético, al formarse enlaces

cuando se solvata un catión en agua.
Este beneficio de diluir en agua es mayor cuanto más
pequeño sea un átomo. Es mucho más traumático para el
catión pequeño perder un electrón que para el grande (el
pequeño tiene más tendencia a solvatarse).
Por lo tanto, se entiende por qué el potencial de reducción
disminuye hacia abajo. La anomalía del Li+ la marca su
beneficio energético tan alto al hidratarse, por su pequeño
tamaño.

Indicar, justificando la respuesta, tres propiedades

Físicas o químicas adicionales que varían

Gradualmente al bajar en el grupo 1. Final 20-1-17

El punto de fusión: según descendemos en el grupo se
observa un aumento el radio atómico de los elementos, por
lo que cada vez éstos son más grandes. Esta variación en
el tamaño hace que la fuerza de enlace que une átomos de
un mismo elemento sea menor, debido a que hay peor
hibridación (peor solapamiento entre los orbitales de
ambos átomos), al ser estos cada vez más grandes. Puesto
que la fuerza de los enlaces es menor, los enlaces serán
más fácil de romper, siendo ese el motivo por el cual
disminuye el punto de fusión al bajar en el grupo.
La energía de ionización: energía necesaria para arrancarle
un electrón de la capa de Valencia a un átomo, ésta
disminuye a medida que aumenta el tamaño del átomo, es
decir, hacia abajo en el grupo. El último electrón de los
átomos más grandes tiene menos carga nuclear efectiva
debido al fenómeno del apantallamiento, por lo que es más
fácil arrancarles un electrón.
La entalpía de atomización: energía necesaria para formar
un mol de átomos gaseosos a partir del elemento en
condiciones estándar, la cual disminuye hacia abajo en el
grupo porque el solapamiento de orbitales moleculares es

peor.

Justifica, desde un punto de vista termodinámico, que

El hidruro de calcio sea menos estable que el cloruro

De calcio. Cuestionario 1

Tanto el CaH2 como el CaCl2 son compuestos iónicos, por
lo que el Ca (s) necesita atomizarse en Ca (g) y luego
ionizarse dos veces para formar el Ca2+ (g), requiriendo la
misma energía para los 2 compuestos.
La diferencia es que para formar el anión hidruro se
requiere una mayor energía que para formar el anión
cloruro. Ambos se tienen que disociar, y una vez en fase
gas, liberar energía al captar un electrón (afinidad

electrónica). La afinidad electrónica del hidrógeno es
mucho menor que la del resto de los halógenos, por lo que
para realizar estos 2 pasos se requiere incluso de energía
adicional (cosa que no pasa con el ion cloruro). Por lo
tanto, la entalpía de formación del CaCl2 será más baja que
la del CaH2, y por lo tanto más estable.

El boro es un elemento deficiente en electrones

Justifica esta afirmación e indicar cómo se soluciona

Dicha deficiencia electrónica. Final 20-1-17

Debido a su configuración electrónica, el boro presenta
menos electrones que orbitales en la última capa de
Valencia, por lo que el orbital
Pz siempre está vacío. Esto
lleva a que no se puedan formar los enlaces
convencionales porque siempre habrá un orbital vacío.
Esto obliga a formar enlaces multicentro B-H-B o B-B-B,
en los cuales 2 electrones se reparten entre 3 átomos. La
implicación directa es que los enlaces multicentro son
enlaces débiles, porque su densidad de carga negativa es
mucho menor que la tiene un enlace convencional.
2. Indica cómo se enlazan los 12 átomos de boro que
forman el icosaedro B12. Final 20-1-17.
En la estructura del icosaedro B12, encontramos 48
orbitales moleculares, los cuales se dividen en:
✓ 12 orbitales σ “sp” orientados hacia el exterior del
icosaedro.
✓ 12 orbitales σ “sp” orientados hacia el interior del
icosaedro.
✓ 24 orbitales π “px,py” tangentes en cada vértice.
De estos 48 orbitales, 36 se encuentran dirigidos hacia el
interior del icosaedro. Estos 36 se pueden clasificar, a su
vez, en:
✓ 13 orbitales enlazantes.

✓ 13 orbitales antienlazantes.
✓ 10 orbitales no enlazantes.
Por otro lado, si cada boro aporta 3 e- a la estructura,

el recuento total será de 36 e-. Se usarán 26 e- para llenar
los orbitales moleculares de baja energía (enlazantes),
mientras que los 10 restantes se utilizarán para uniones
entre icosaedros (usando los orbitales dirigidos hacia el
exterior). En el caso del alótropo α-romboédrico, su estructura
se encuentra en láminas densamente empaquetadas:
✓ 6 boros unidos a otros 6 icosaedros en la misma
lámina.
✓ 3 boros unidos a la lámina de arriba.
✓ 3 boros unidos a la lámina de abajo.
En este compuesto, de los 10 e- restantes citados
anteriormente, 6 se utilizan en enlaces boro-boro entre

láminas y 4 en enlaces multicéntricos entre 3 boros de la
lámina, tocando a 4/6 de electrón cada boro.